С утверждением Федерального закона РФ №261-ФЗ от 23 ноября 2009 года «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности» и о внесении изменений в отдельные законодательные акты РФ энергосбережение переходит в рамки обязательного мероприятия для зданий различного назначения. Выполнить такую задачу вполне возможно, однако в условиях снижения финансирования бюджетных учреждений придётся искать источники денежных поступлений. В связи с этим актуален поиск новых малозатратных технологий энергосбережения, требующих минимальный объём финансирования [1].

В соответствии с данным федеральным законом необходимо обеспечить снижение объёма потребления зданиями энергетических ресурсов. Для решения этой проблемы можно предусмотреть снижение тепловых потерь через ограждающие конструкции за счёт их утепления. Но здания, имеющие архитектурно-историческую ценность, практически невозможно утеплить с внешней стороны, и, следовательно, их утепление осуществляется с внутренней стороны за счёт сокращения площади помещений.

Одним из самых красивых и уникальных с точки зрения наследия российских городов является Санкт-Петербург. Он объединил в себе различные архитектурные стили зданий и сооружений. Несомненно, так называемые «доходные дома» (ред.:  Доходный дом — тип архитектурного сооружения, многоквартирный жилой дом, построенный для сдачи квартир в аренду, а также тип архитектурного сооружения, сложившийся в Европе к середине XIX века [2, 3].), построенные в центре города до начала XX века, дополняют исторический облик города [2, 3]. Согласно «Региональной программе капитального ремонта», принятой Жилищным комитетом администрации Санкт-Петербурга, часть средств запланирована на повышение теплотехнических характеристик ограждающих конструкций именно доходных домов [4].

Целями данной работы являются поиск наиболее рациональных современных материалов для повышения сопротивления теплопередаче наружных ограждающих конструкций, а также подбор оптимального сочетания внутренних теплоизоляционных материалов и фасадных отделочных материалов во избежание изменения внешнего вида зданий и сокращения площади помещений «доходных домов». Проектные тепловые потери здания рассчитываются согласно СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий».

Результаты применения энергосберегающих мероприятий в «доходных домах» Санкт-Петербурга. 2/2019. Фото 1

На рис. 1 и 2 представлены знаменитые доходные дома города Санкт-Петербурга [5, 6]. История их весьма увлекательна. 

Купец Яков Иванович Акимов-Перетц был сыном грузового извозчика Ивана Ивановича Акимова, происходившего из села Глазово Козельского уезда Калужской губернии — это село есть и сейчас, оно находится к западу от Козельска, у границы Смоленской области. Сын Ивана Акимова Яков служил в Петербурге учеником и слугой у торговца Перетца, богатого, но бездетного. Тот назначил Якова своим наследником с условием прибавления к его фамилии Акимов своей. Получилось Акимов-Перетц. Позднее, 14 октября 1883 года, Санкт-Петербургская казначейская палата (дело №4004) «предоставила ему именоваться по фамилии Акимов (он же Перетц)». Яков Иванович был петербургским купцом второй гильдии, владел гастрономами, бакалейными лавками, несколькими домами [6].

Результаты применения энергосберегающих мероприятий в «доходных домах» Санкт-Петербурга. 2/2019. Фото 2

Карл Яковлевич Маевский — русский инженер-архитектор, академик архитектуры. С 1860 года занимал должность архитектора «Экспедиции заготовления государственных бумаг» и был строителем её зданий, в том числе церкви Андрея Критского (1891–1892) при экспедиции. Построил церковь Михаила Архангела в Малой Коломне в Петербурге, императорский дворец с принадлежащими к нему службами в Киеве, здание предварительного заключения при Санкт-Петербургском окружном суде (1871–1875), перестроил в Люблине древнюю крепость в городскую тюрьму, приспособил бывшую Лосинскую фабрику (Московская губерния) под центральную тюрьму.

Будучи преподавателем Института гражданских инженеров (ред.: Сейчас это Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет (СПбГАСУ).), в 1880–1881 годах К. Я. Маевский спроектировал доходный дом (Санкт-Петербург, наб. реки Фонтанки, д. 110) и стал инициатором размещения в этом здании общежития для этого же института [7].

Для того чтобы не изменять внешний вид фасада здания, приходится применять внутреннее утепление, которое, в свою очередь, влияет на внутренний объём помещений здания. Согласно СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий», он влияет и на энергопотребление ввиду того, что в расчётах используется удельная тепловая характеристика здания, отнесённая к 1 м³ внутреннего объёма, — хотя этого делать нельзя. Выдающийся российский и советский учёный, специалист в области отопления и вентиляции В. М. Чаплин впервые ввёл термин «удельная тепловая характеристика здания» в конце XIX — начале XX века [8]. Но он относил её к наружному объёму.

Проектные тепловые потери здания рассчитываются по СП 50.13330.2012.

Результаты применения энергосберегающих мероприятий в «доходных домах» Санкт-Петербурга. 2/2019. Фото 3

В работе учтены зоны возможной конденсации водяных паров в ограждающих конструкциях, в связи с чем фасадный слой тоже изменялся. Также учтены и неоднородные тепловые включения в ограждающие конструкции. Расчёт тепловых потерь относится к явлению теплопроводности [9, 10]. На рис. 3 оно представлено в многослойной плоской стенке при стационарном режиме и граничных условиях первого рода. В нашем случае есть только четыре различных слоя.

На данный момент на рынке существует огромное количество различных производителей материалов для фасадов зданий, которые могут решить проблему, рассмотренную в данной статье. В табл. 1, 2 и 3 представлены различные решения для реконструкции наружной стены в доходных домах.

Результаты применения энергосберегающих мероприятий в «доходных домах» Санкт-Петербурга. 2/2019. Фото 4

Результаты применения энергосберегающих мероприятий в «доходных домах» Санкт-Петербурга. 2/2019. Фото 5

Слои №2 и №4 остаются во всех конструкциях. Слой №2 — это несущая стена, а №4 — это гипсокартон. Толщина наружного слоя (табл. 2) остаётся везде одинаковой, но меняется тип используемого материала.

Суммарное сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции рассчитано из условий энергосбережения по методике, представленной в Своде Правил 50.13330.2012, для города Санкт-Петербурга. Величина ГСОП (градусо-сутки отопительного периода) для данного города составляет 4540 °C·сут., а требуемое сопротивление теплопередаче равно величине 3,0 Вт/(м²·К).

На рис. 4 представлено суммарное сопротивление теплопередаче возможной конструкции для доходного дома в городе Санкт-Петербурге. Для корректного сравнения снижения толщины ограждающих конструкций учтено, что разница суммарного сопротивления теплопередаче между конструкциями должна быть не более 5 %. 

По рис. 4 и 5 можно проанализировать, что наиболее эффективными конструкциями с точки зрения толщины являются 14 и 18. Отметим, что в данной работе не учтены экономическая и экологическая составляющие.

Результаты применения энергосберегающих мероприятий в «доходных домах» Санкт-Петербурга. 2/2019. Фото 6