На основе анализа норм разработана система расчетов по обоснованию тепловой защиты жилых зданий, которая предназначена в помощь пользователю Территориальных норм теплотехнического проектирования гражданских зданий с учетом энергосбережения. Проведение расчетов предусмотрено кратчайшим путем, в легко доступной, упорядоченной табличной форме, что не только упрощает их выполнение, но также исключит возможные разногласия между авторами проектов и экспертизой по составу и содержанию материала.
Методика иллюстрируется на примере 14-этажного 4-секционного 223-квартирного панельного жилого здания применительно к ТСН НТП-99 МО для Московской области и МГСН 2.01-99 для Москвы (в дальнейшем тексте – соответственно «ТСН» и «МГСН»).
Система расчетов включает семь блоков:
7. Производные показатели.
Основы методики заложены в разделах «Энергоэффективность» ряда проектов МНИИТЭП, в том числе – жилого дома серии П44Т в Москве по ул. 1905 года, вл.17-19, корп.3, одобренном в качестве эталона (образца) этого раздела проекта Управлением государственного энергетического надзора по г. Москве (письмо от 07 августа 2000 г. № ЭН$05/77$687). Методика внедряется Мосгражданпроектом и другими проектными организациями при обосновании тепловой защиты жилых зданий по нормам ТСН.
Вначале рассмотрим систему применительно к ТСН, затем отметим особенности использования ее для расчетов тепловой защиты по МГСН.
В ходе изложения системы даются предложения по устранению дефектов и разрешению противоречий действующих норм.
Блок 1. Расчетные условия
В ТСН приводятся противоречивые указания, касающиеся строительной климатологии:
в разделе 2 «Законодательная основа и нормативные ссылки» и в п. 3.2 «Исходные данные для проектирования теплозащиты» дается ссылка на СНиП 23$01$99, а в п.7.4 «Форма и пример заполнения энергетического паспорта здания» расчетные условия приняты по СНиП 2.01.01$82. Нами предлагается расчетные условия принимать по первому из вышеназванных нормативных документов, поскольку он поименован в качестве законодательной основы по данному вопросу, а также потому, что на время введения ТСН (с 1.01.2000 г.) действовал новый СниП 23-01-99.
Блок 2. Расчет теплового потока при разности температур внутреннего
и наружного воздуха 1 градус С
Кроме поэлементного сравнения расчетных и нормируемых значений приведенных сопротивлений теплопередаче наружных ограждений, предусмотренных ТСН и не характеризующих тепловую защиту оболочки здания в целом, предлагаемая система включает сравнение теплового потока через запроектированную оболочку здания и рассчитанного по нормативам СНиП.
Снижение в рассматриваемом примере теплового потока, в сравнении со СНиП II$3$79* (изд. 1998 г.) для второго этапа свидетельствует об энергетической эффективности проекта. Дальнейшие расчеты, предусмотренные нормами, представляют интерес, главным образом, для суждения о соответствии нормативов Территориальных норм основополагающему документу СНиП II3-79* (изд. 1998 г.).
Для ограждающих конструкций над техническими подпольями и под «теплыми» чердаками введен отсутствующий в ТСН термин «эквивалентное приведенное сопротивление теплопередаче (Req)». Расчет теплового потока через названные конструкции предусматривается вычислять в среднезимних условиях , вместо неверно принятых в ТСН расчетных условий.
Блок 3. Расчет удельного расхода тепловой энергии на отопление
здания за отопительный период
Этот блок включает расчеты всех составляющих теплового баланса здания за отопительный период (трансмиссионные теплопотери, теплопотери на вентиляцию, теплопоступления бытовые и от солнечной радиации), а также расчеты суммарного и удельного годового расхода тепловой энергии на отопление.
В правой части таблицы выводятся краткие рабочие формулы для подсчета перечисленных показателей, а в левой части – необходимые данные для подсчета каждого из них. Теплопотери и теплопоступления подсчитываются с округлением до 10 кВт.ч.
Имеющиеся противоречия и дефекты норм предлагается устранить следующим образом:
а) Нормируемый объем удаляемого из жилых помещений воздуха 3м3/(м2.час) п. 3.4.2 ТСН предусматривает подсчитывать по площади «жилых помещений и кухонь», а в примере расчета показателей Энергетического паспорта дома серии 90-05/1. 2щ в формуле (П3.8) – на «жилую площадь». В соответствии со СниП 2.04.05$91* (изд. 1998 г.), указанном в разделе 2 «Законодательная основа и нормативные ссылки», учитываем только жилую площадь (Приложение 10, п.2).
б) Плотность удаляемого воздуха в нарушение вышеназванного пункта норм и п.2 Приложения 17 СНиП2.04.0591 (изд. 1998г.) как в текстовой части ТСН, так и в примере расчета показателей Энергетического паспорта (стр. 58, п.
25), принята 1,309 кг/м3, по среднезимней температуре, вместо 1,2 кг/м3, по температуре внутреннего воздуха.
В то же время нормами ТСН не учтен расход тепла на подогрев воздуха внеквартирных помещений, в том числе – инфильтрующегося наружного воздуха в лестнично-лифтовой узел (ЛЛУ) через окна, двери незадымляемых лестничных клеток типа Н1 с выходом в лестничную клетку с этажа в наружную воздушную зону с открытым переходом и входные двери в здание. Исходной позицией для устранения влияния отмеченных методических дефектов на дальнейшие расчеты мы считаем необходимость сохранения соответствия нормативов удельного годового расхода тепла формулам, по которым они обосновывались. В противном случае, не будет обеспечен объективный анализ норм, в частности –противоречия, анализируемого ниже в п. «д», и комментарии к блоку 6.
Это условие будет выполнено, если расход тепла на вентиляцию квартир подсчитывать по СНиП, а расход тепла на подогрев воздуха внеквартирных помещений учесть условно при помощи повышающего коэффициента k1 =1,309/1,2 = 1,09 к расходу тепла на вентиляцию квартир.
Объективная оценка тепловой защиты жилых зданий по нормам ТСН также требует учета коэффициента 1,09 к расходу тепла на естественную вентиляцию квартир.
в) При подсчете годового расхода тепла на естественную вентиляцию квартир в случаях применения окон и балконных дверей с раздельно-спаренными и раздельными створками понижающие коэффициенты встречного теплового потока 0,7 и 0,8 отнесены в ТСН ко всему объему вентилируемого воздуха, а не к его части, инфильтрующейся через закрытые створки (продолжение темы – в комментарии к блоку 4).
г) В ТСН (п.3.4.2) даются неконкретные правила нормирования удельных бытовых тепловыделений (не менее10 Вт/м2 , в расчете на площадь жилых помещений и кухонь). Кроме того, подсчет бытовых теплопоступлений в здание в примере расчета показателей Энергетического паспорта не согласуется с текстовой частью норм, и расчет ведется только на площадь жилых помещений. По этому поводу в блок 3 включены правила из Информационного бюллетеня Мосгосэкспертизы № 2 за 1999г [6].
д) В ТСН приводятся противоречивые указания в отношении расчетных единиц, принимаемых при определении удельного годового расхода тепловой энергии на отопление здания: в п. 3.4.2 в качестве расчетной единицы принята «сумма площадей пола отапливаемых помещений здания», а в примере расчета показателей Энергетического паспорта принята выписанная из проекта площадь квартир без летних помещений. В блоке 3 подсчитаны оба показателя с тем, чтобы произвести с ними дальнейшие действия и разрешить рассматриваемое противоречие норм (см. комментарий к блоку 6).
Блок 4. Расчет воздухопроницаемости окон и балконных дверей
В этом блоке производится обоснование соответствия воздухопроницаемости окон и балконных дверей требованиям СНиП II-3-79* (изд. 1998 г.). Кроме того, для вариантов окон и балконных дверей с раздельно-спаренными и раздельными створками приводятся правила расчета коэффициентов встречного теплового потока, учитываемых при расчете годового расхода тепла на естественную вентиляцию. Из приводимых данных видно, что расчетные коэффициенты встречного теплового потока намного выше нормируемых и что формальное соблюдение норм в случаях с раздельно-спаренными и раздельными створками будет иметь своим следствием грубые ошибки при оценке энергетической эффективности проекта.
Блок 5. Расчет коэффициента энергетической эффективности системы
теплоснабжения от источника теплоты
Пользователь ТСН найдет правила расчета приводимых в таблице коэффициентов в разделе 5 «Теплоснабжение зданий» этого нормативного документа.
Пользователю МГСН блок 5 не потребуется.
Блок 6. Сопоставление с нормативными требо_
ваниями
В этот блок включены все нормируемые ТСН пока;
затели с иллюстрацией порядка их расчета. Необхо;
димо отметить, что из трех нормируемых показателей
лишь один – «Расчетный удельный расход тепловой
энергии системой теплоснабжения на отопление зда;
ния от источника теплоты» – непосредственно уста;
навливает требования энергосбережения к строитель;
ной продукции и поэтому подлежит безусловному со;
блюдению. Остальные два предписывают отдельные
возможные способы достижения результата, поэтому,
в отличие от этого обязательного норматива, их сле;
дует отнести к рекомендуемым, как этого требует
СНиП 10;01;94.
Кроме нормируемых показателей, в блок 6 включен расчет показателя отапливаемого объема, используемого при определении компактности здания.
В ТСН объем вентилируемого воздуха определяется путем
умножения отапливаемого объема здания на коэффициент 0,85. Однако, для упрощения расчетов, рекомендуется объем вентилируемого воздуха определять прямым путем на основании проектных размеров площадей помещений и их высот (от пола до потолка); затем путем деления полученного результата на коэффициент 0,85 вычисляется отапливаемый объем.
На основании данных блоков 3 и 5 подсчитаны два
показателя удельного расхода тепловой энергии системой отопления: по сумме площадей отапливаемых помещений здания – 174,78 кВт.ч/(м2.год) и по площади квартир без летних помещений – 202,08 кВт.ч/(м2.год). Первый из них оказался ниже нормируемого
на 9,1%, что корреспондируется с результатом, полученным в блоке 2, где тепловой поток по проекту отмечен ниже уровня СНиП на 6,5%.
Показатель, подсчитанный по площади квартир,
оказался выше нормируемого на 5,1%. Поскольку речь
идет о здании самой экономичной по расходу тепла на
отопление московской серии П3М в условиях наиболее
благоприятной ориентации, то для энергоэффективных
проектов удельный показатель, подсчитанный по площади квартир, как правило, будет превышать нормируемый. Это означает, что при определении удельного го;
дового расхода тепла в блоке 3 следует руководство;
ваться п.3.4.2 ТСН.
Таким образом, противоречие норм,
отмеченное в блоке 3, п. д., разрешено. При этом оба показателя имеют свое назначение: первый (в числителе) – для сравнения с утвержденным нормативом, второй используется в задачах сравнительной эффективности проектных решений.
В рассмотренном примере авторы ТСН положительно квалифицируют проект тепловой защиты панельного дома 90-5/1.2щ по удельному расходу тепла, подсчитанному по площади квартир, что является ошибочным. Ошибка кроется в том, что в расчетах применен сильно заниженный коэффициент встречного теплового потока 0,7 (см. ТСН, стр. 58, п. 25).
Блок 7. Производные показатели
Ненормируемые показатели блока 7 не имеют отношения к обоснованию тепловой защиты здания.
В расчетах ТСН они используются, но в действительности оказались не только ненужными, но даже препятствующими проведению расчетов кратчайшим путем.
Между тем, (эквивалентный) приведенный трансмиссионный коэффициент теплопередачи здания и кратность воздухообмена должны явиться ключевыми величинами в нормах тепловой защиты зданий, построенных на других принципах [1].
При подсчете показателя кратности воздухообмена в рассматриваемом блоке достаточная степень точности будет обеспечена, если объем инфильтрующегося в ЛЛУ воздуха учесть с помощью коэффициента k1, предназначенного для учета расхода тепла на его подогрев.
В блоках 1-7 приведена полная номенклатура показателей, требуемая ТСН в составе Энергетического паспорта, поэтому по совокупности они представляют собой Энергетический паспорт проекта, в котором в упорядоченной табличной форме приводятся и подсчитываются показатели этого документа.
В МГСН Энергетический паспорт проекта предусматривает в части тепловой защиты зданий ряд других, ненормируемых показателей, не имеющих никакого отношения к обоснованию тепловой защиты здания (часовые и базовые расходы тепла и др.). В ТСН (более позднем документе) от них отказались, поэтому здесь не рассматриваются. Ниже приводятся характерные отличия расчетов тепловой защиты зданий по МГСН в сравнении с ТСН:
1. Климатологические данные должны приниматься по ранее действовавшему СНиП 2.01.01_82, поскольку этот нормативный документ указан в п.2 «Законодательная основа и нормативные ссылки», и на его основе выводились нормативы МГСН.
2. Коэффициент k1, учитывающий расход тепла на подогрев воздуха, инфильтрующегося в ЛЛУ, следует принимать равным 1,0, поскольку в формулах и утвержденных нормативах МГСН резервов на эти затраты тепла нет. Для учета рассматриваемых затрат тепла и устранения других дефектов МГСН этот документ необходимо коренным образом переработать [1].
3. В формуле потребности тепловой энергии на отопление здания за отопительный период (блок 3) к бытовым тепловыделениям и теплопоступлениям от солнечной радиации помимо коэффициента 0,8 вводится дополнительно понижающий коэффициент автоматического регулирования подачи тепла на отопление, предусмотренный Пособием к МГСН 2.01_99, вып. 1 (стр.81, п.4.3).
4. Теплопотери на вентиляцию подсчитываются в виде дроби: в числителе – по МГСН, в знаменателе – по Пособию к МГСН 2.01_99 с понижающим коэффициентом 0,75. Аналогично, в виде дроби, вычисляются два значения потребности и удельного расхода тепловой энергии здания за отопительный период (без учета понижающего коэффициента на вентиляцию и с учетом этого коэффициента). Автор настоящей статьи считает коэффициент 0,75 неправомерным, а нормативы удельного годового расхода тепла МГСН не увязанными с формулами для его подсчета [1], в связи с чем, при превышении в проектах утвержденных нормативов, тепловая защита жилых зданий должна обосновываться по энергетической эффективности оболочки здания в целом не ниже уровня, предусмотренного СНиП II_3_79* (изд. 1998г.) для второго этапа (на основе данных блока 2).
5. Тепловая защита здания обосновывается путем сравнения проектного удельного (в расчете на 1м 2 площади квартир) расхода тепловой энергии на отопление здания за отопительный период с нормируемым. Вычисление удельного годового расхода тепла по суммарной площади отапливаемых помещений здания не требуется.
Выбор ТСН НТП – 99 МО для иллюстрации методики обусловлен рядом преимуществ областных норм перед московскими городскими МГСН 2.01-99, к которым следует, в первую очередь, отнести: – отказ от обширного объема материала, не имеющего отношения к рассматриваемому вопросу.
В ТСН излишними оказались только показатели блока 7; – отказ от неправомерного понижающего коэффициента 0,75 на вентиляцию квартир.
Предложения по совершенствованию норм тепловой защиты зданий рассмотрены автором в [1]. Для Москвы и Московской области их следует разработать едиными, с учетом преимуществ ТСН НТП-99 МО.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Котин В.Я. О нормах тепловой защиты зданий.
«ОКНА и ДВЕРИ », 2001, № 5.
2. СНиП II-3-79* «Строительная теплотехника»/Госстрой России-М.: ГУП ЦПП, 1998-29с.
3. СНиП 2.04.05-91* «Отопление, вентиляция и кондиционирование»/Госстрой Росси-М.: ГУП ЦПП, 1998-72 с.
4. Энергосбережение в зданиях. Нормативы по теплозащите и тепловодоэлектроснабжению - МГСН 2.01-99. М.: ГУП «НИАЦ», 1999-78 с.
5. ТСН НТП МО. Нормы теплотехнического проектирования гражданских зданий с учетом энергосбережения (утверждены распоряжением Минмособлстроя от 29.12.1999 №350).
6. Информационный бюллетень Мосгосэкспертизы, 1999, №2, стр. 44.
