Концепция энергосбережения при реставрации
в капитальном ремонте зданий
(на примере жилого дома по ул. Хабаровской в г. Москве)
Г.С. Иванов,
доктор технических наук,
профессор
Требования обновленных СНиП II-3-79* — «Строительная теплотехника» (1995 год), а также МГСН 2.01-99, «...исходя из условий энергосбережения», сводятся в основном к утеплению оболочки зданий и не имеют технико-экономических обоснований [1]. Это привело к нерациональному расходованию материальных ресурсов и малорентабельным капиталовложениям при строительственовых и утеплении реконструируемых зданий [2].
Фонд эксплуатируемых зданий в России составляет около 2,6 млрд. м2 общей площади. Все они были построены по ранее действовавшим нормативам при минимально допустимом уровне теплозащиты наружных стен (не менее требуемого сопротивления теплопередаче, определяемого по формуле (1) СНиП), но вполне достаточным для обеспечения выполнения санитарно-гигиенических требований по предупреждению выпадения конденсата и условиям комфортности микроклимата помещений. Окна в жилых зданиях были в деревянных переплетах, преимущественно, с двойным остеклением. На отопление существующих зданий ежегодно должно расходоваться, по нормативам, не менее 200 млн. тонн условного топлива. Ввод новых зданий в современных условиях не превышает 30 млн. м2 в год, при дополнительной потребности в топливе не более 3 млн. т. Отсюда следует, что основной резерв энергосбережения скрыт в существующем фонде зданий. Однако почти все инвестиции направляются на новое строительство, а указанный главный резерв энергосбережения остается нетронутым. Без его вовлечения в оборот все разговоры о решении проблемы энергосбережения в градостроительном комплексе оказываются беспочвенными. Не подготовлена научно обоснованная концепция и нормативная база для решения этой крупномасштабной государственной проблемы, о чем свидетельствуют первые робкие попытки разработки эталонных проектов капитального ремонта жилых зданий в целях снижения их энергопотребления при эксплуатации. Неверно принятая концепция энергосбережения может привести при ее реализации к значительным неоправданным расходам материальных ресурсов и малорентабельным капиталовложениям. Покажем на конкретном примере, какие нюансы возникли при разработке проекта капитального ремонта жилого дома [4] по ныне действующим нормативам.
Жилой 9-ти этажный, четырехсекционный дом имеет стены из однослойных керамзитобетонных панелей толщиной 400 мм, чердачное перекрытие из пустотных железобетонных плит толщиной 220 мм с утеплителем из минераловатных плит - 50 мм, уложенных на цементно-фибролитовые плиты - 75 мм.
Перекрытие над техническим подпольем выполнено из ребристых железобетонных плит толщиной 60 мм, слоя песка - 40 мм, цементной стяжки - 40 мм, ДВП - 10 мм, пол из линолеума - 5 мм; окна с двойным остеклением в раздельно-спаренных деревянных переплетах.
CНиП II-3-79* требует для реставрируемых и капитально ремонтируемых зданий независимо от этажности устанавливать повышенный уровень теплозащиты ограждающих конструкций, соответствующий этапу 2 - не менее значений приведенного сопротивления теплопередаче, указанных в табл. 1б.
Руководствуясь этими требованиями, МосжилНИИПроект при разработке проекта капитального ремонта этого здания [4] установил следующие значения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций, м2 К/Вт:
наружных стен - 3,16;
чердачных перекрытий - 4,1;
окон и балконных дверей - 0,54;
перекрытий над холодными техподпольями - 4,71.
Детальный анализ представленного проекта выполнен международной организацией в рамках проекта программы ТАСИС ERUS-9705 [4], дополненной собственными предложениями. В результате, к сопоставлению были приняты пять вариантов, включая базисный, для которых определены следующие значения эксплуатационной характеристики здания (табл. 1).
ТАСИС рекомендовал принять к реализации проектный вариант № 3, позволяющий снизить теплопотери на 48%, но дополнить его следующими мероприятиями по варианту № 4 и снизить энергопотребление здания в целом на 56%:
- увеличить толщину слоя утеплителя наружных стен с 12 до16 см;
- утеплить перекрытие подвала дополнительным слоем теплоизоляции толщиной 8 см;
- заменить теплоизоляцию трубопроводов в подвале и увеличить ее толщину до диаметра трубы;
- заглушить 2/3 вентиляционных окон в стенах подвала.
Отметим, что расчеты и предложения ТАСИС отличаются детальным рассмотрением различных вариантов теплозащиты наружных стен, перекрытий окон при определении удельных энергозатрат здания в зависимости от кратности воздухообмена (n = 0,3; 0,67; 1,0 1/ч) и сопоставлением результатов расчета при использовании европейских (DIN) и русских (CНиП) нормативов.
Предложенный набор энергосберегающих технических решений при отсутствии общей концепции энергосбережения оказался исчерпывающе полон и не нуждается в дополнениях. Однако ряд методических положений, влияющих на достоверность полученных результатов расчета удельных энергозатрат и корректность выбора окончательного варианта реставрации здания, должен быть уточнен при учете следующих специфических особенностей градостроительного комплекса России:
1. Приводимые в табл. 1 значения удельных энергозатрат для базисного варианта № 1 при принятой в расчетах кратности воздухообмена n = 0,67 1/ч, исходя из усредненного норматива 35 м3/чел, не соответствует истинному притоку инфильтрующегося воздуха в российских зданиях старой постройки. Об этом свидетельствуют и откровенные признания самих разработчиков в части правильности «допущений кратности воздухообмена до реконструкции и после нее. Связанная с этим неопределенность не допускает никаких точных прогнозов относительно реально ожидаемой экономии энергии» (см. [4], стр.17).
2. По результатам многих натурных измерений, в ранее построенных в России по типовым проектам жилых зданиях при приточно-вытяжной естественной вентиляции, фактическая кратность воздухообмена в квартирах может достигать более двух объемов в час (n > 2 1/ч), из-за большого притока инфильтрующегося воздуха через окна, притворы дверей и вертикальные стыки наружных стен при естественном ветровом и температурном напорах. Поэтому фактические удельные энергозатраты значительно больше значений, принятых в базисном варианте № 1, что должно снизить долю ожидаемой экономии тепловой энергии и эффект от утепления ограждающих конструкций.
3. Отсутствует анализ структуры энергобаланса существующего здания до и после его реконструкции, что не позволяет определить вклад каждого из предложенных технических решений в снижение энергопотребления здания и обосновать правильность генерального направления решения проблемы энергосбережения при реставрации зданий.
4. Исполнители принимают на веру правильность требований СНиП по увеличению до уровня этапа 2 теплозащиты ограждающих конструкций при реставрации зданий, заметим, не имеющих технико-экономических обоснований [1,6]. По этой причине предложенные варианты снижения энергопотребления здания оказались безальтернативными, что заранее и предопределило выбор в пользу проектного варианта № 3 с дополнениями по варианту № 4. Это привело к механическому выполнению требований СНиП по повышению уровня теплозащиты ограждающих конструкций, не считаясь с затратами и рентабельностью капиталовложений, несмотря на то, что по принятому варианту стоимость утепления 1 кв. м наружной стены должна составить не менее 50 долл. США. Наш расчет показал, что в климатических условиях г. Москвы при повышении сопротивления теплопередаче наружных стен с существующих 1,08 до 3,16 м2 K/Вт стоимость сбереженной тепловой энергии при ее цене 0,03 долл. за 1 кВт ч должна составить 2,19 долл./(м2 год), а срок окупаемости около 23 лет, что указывает на экономическую нецелесообразность капиталовложений на утепление наружных стен здания (показатель рентабельности менее 5%).
5. Заслуживает большего внимания нереализованное предложение по варианту № 5 в части применения энергоэффективных окон с повышенным до 0,71 м2 К/Вт сопротивлением теплопередаче. Однако следует указать, что главное преимущество новых конструкций энергоэффективных окон обусловлено не столько их повышенным уровнем теплозащиты, а в большей мере (примерно на порядок выше) — снижением воздухопроницаемости, что необходимо учитывать в технико-экономических расчетах по методике [3]. По нашим расчетам, срок окупаемости таких окон в климатических условиях г. Москвы не должен превышать 5 лет. Поэтому целесообразно было бы дополнительно рассмотреть альтернативный вариант с использованием энергоэффективных окон, но без утепления наружных стен.
6. Уместно напомнить, что с увеличением толщины дополнительного слоя утеплителя стен эффективность энергосбережения быстро снижается, поскольку указанная зависимость нелинейна [6,7]. При этом дополнительные расходы на каждый сантиметр толщины дополнительного слоя утеплителя остаются постоянными. Но снижается значение коэффициента теплотехнической однородности, что приводит в целом к снижению эффективности от утепления ограждающих конструкций.
С учетом изложенных замечаний произведем пересчет показателей альтернативных вариантов теплозащиты здания, характеристики которых приведены в табл. 2. Принципиальные различия альтернативных вариантов состоят в следующем:
В варианте №2, по сравнению с вариантом № 1, предусмотрено: утепление перекрытия подвала (δут = 8 см при л = 0,05 Вт/(м К); применение энергоэффективных окон и балконных дверей с однокамерными стеклопакетами и дополнительным третьим одинарным стеклом с селективным теплоотражающим покрытием, а также расшивка и герметизация вертикальных стыков между панелями, за счет чего должна быть снижена до минимума (n=0,671/ч) кратность воздухообмена.
В варианте № 3 приняты решения проектной организации, обеспечивающие выполнение требований СНиП II-3-79* по утеплению ограждающих конструкций до уровня этапа 2 (табл. 1б), предусмотрено применение менее дорогих, чем в варианте № 2, окон и балконных дверей, но позволяющих снизить кратность воздухообмена до n=1,0 1/ч.
Структура теплового баланса здания по вариантам теплозащиты раскрыта в табл. 3. Как и следовало ожидать, наибольшая доля энергозатрат (38-58%) приходится во всех трех вариантах на подогрев холодного инфильтрующегося воздуха. Доли трансмиссионных тепло потерь через наружные стены и окна оказались практически соизмеримы, кроме варианта № 2, в котором повышенные трансмиссионные теплопотери через стены обусловлены снижением доли энергозатрат на подогрев инфильтрующегося воздуха при уменьшении кратности воздухообмена до n = 0,67 1/ч.
Особое внимание следует обратить на то, что снижение кратности воздухообмена n с 1,0 до 0,67 1/ч оказалось равноценно повышению уровня теплозашиты наружных стен с 1,08 (вар. №1) до 3,16 (вар. № 3) м2 К/Вт. Это наглядно демонстрирует необоснованность требований СНиП по обязательному повышению до требований этапа 2 уровня теплозащиты наружных стен реставрируемых и капитально ремонтируемых зданий.
В нижней строке таблицы 3 приведены удельные энергозатраты здания для сопоставляемых вариантов без учета дополнительных энергозатрат на круглогодичное горячее водоснабжение, доля которых в расходной части энергобаланса здания соизмерима с затратами на отопление (844 МВт ч/год или 116 кВт ч/(м2 год). Даже без учета ГВС получена более контрастная картина, чем представленная выше в табл. 1.
По удельным энергозатратам варианты № 2 и № 3 при принятых исходных данных оказались практически равноценны, но стоимость варианта без утепления наружных стен должна быть в несколько раз ниже. Кроме того, сомнительно в климатических условиях средней полосы Росиии обеспечить эксплуатационную надежность наружного 16 см слоя дополнительной теплоизоляции с 2 см слоем цементно-песчаной штукатурки.
Результаты проведенного анализа структуры теплового баланса здания позволяют сделать следующие выводы и рекомендации:
- наибольшая доля теплопотерь (50%) в расходной части теплового баланса существующего здания, по базисному варианту № 1, вызвана дополнительными энергозатратами на подогрев инфильтрующегося холодного воздуха, в основном, через окна, притворы дверей и вертикальные стыки панельных наружных стен;
- по варианту № 1 доля трансмиссионных теплопотерь через наружные стены зданий должна составить 21,3%, которая в варианте № 3, при утеплении стен и выполнении требований СНиП по обязательному повышению теплозащиты стен до уровня этапа 2, должна быть снижена лишь на 8,6% при рентабельности инвестиций на утепление стен менее 5% за счет стоимости сбереженной теплоты;
- по альтернативному варианту № 2, без утепления стен, применение энергоэффективных конструкций окон, обеспечивающих при наименьших затратах снижение трансмиссионных теплопотерь и одновременно притока инфильтрующегося воздуха, должно дать в совокупности более высокий экономический эффект при рентабельности капиталовложений не менее 20%. Наряду с применением энергоэффективных окон, при реконструкции зданий могут быть использованы и другие энергосберегающие технические решения (регулирование и контроль отпуска теплоносителя, экономное расходование горячей воды, утепление труб в техническом подвале, утепление тамбуров и входных дверей и др.) при обязательном экономическом обосновании их целесообразности в соответствии со стоимостью сберегаемой тепловой энергии.
Недопустимо превращать утепление реконструируемых зданий в самоцель без технико-экономических обоснований эффективности предлагаемых энергосберегающих технических решений;
- требования СНиП II-3-79* в части обязательного утепления ограждающих конструкций реставрируемых и капитально ремонтируемых зданий должны быть пересмотрены;
- целесообразно дополнительно разработать методические указания по снижению энергопотребления в существующем фонде жилых и гражданских зданий, большинство рекомендаций которых должно быть выполнимо собственными силами квартиросъемщиков и домовладельцев.
Литература:
1. Г.С. Иванов. Об ошибках нормирования уровня теплозащиты ограждающих конструкций. - «Жилищное строительство», 1996, № 9, с. 8-12.
2. Г.С. Иванов, А.Н. Дмитриев. Проблема энергосбережения в теплофизическом и экономическом аспектах технического нормирования. - «Промышленное и гражданское строительство», 1998, № 10, с. 19-22.
3. Г.С. Иванов, А.Н. Дмитриев, А.В. Спиридонов, Ю.Д. Хромец. Радикальное решение проблемы энергосбережения в градостроительстве на основе применения новых конструкций окон. - «Строительные материалы», 1999, № 10, с. 9-12.
4. МосжилНИИПроект. Проект изоляции фасада жилого дома по адресу: ул. Хабаровская, 24, часть - «Энергетическая эффективность», - руководство проектом. Москва. 1999.
5. Расчет годового потребления отопительного тепла до и после реконструкции (санации) в рамках проекта программы ТАСИС ERUS-9705 - Строительный проект, ул. Хабаровская, 24, Москва.
6. Г.С. Иванов, Л.А. Подолян. Энергосбережение в зданиях. - «Энергия», 1999, № 12, с. 25-32.
7. Г.С. Иванов. Радикальное решение проблемы энергосбережения в градостроительстве на основе применения энергоэффективных конструкций окон. - «Окна и двери», 2000, № 7-9, с. 14-17.
8. Г.С. Иванов. Методика оптимизации уровня теплозащиты зданий. - «Стены и фасады», 2001, № 1-2, с.
|
