Главная | Архитектура и строительство | Статьи | Наука и образование | О некоторых особенностях проектирования тепловой защиты современных зданий

О некоторых особенностях проектирования тепловой защиты современных зданий

А. Д. Кривошеин, Д. А. Жабенцев,
ГОУ СибАДИ, г. Омск

 

Краткий экскурс в историю вопроса
Говоря о проектировании тепловой защиты зданий, следует отметить, что большинство изменений и новаций в этой области в течение последних 10-15 лет обусловлены повышением требований к теплозащитным качествам ограждающих конструкций. Введение в действие изменений №3, №4 к СНиП II-3-79* «Строительная теплотехника», регламентировавших поэтапное увеличение требований к приведённому сопротивлению теплопередаче ограждающих конструкций зданий в 1,5 – 2 раза, кардинальным образом изменили подходы к выбору применяемых материалов, конструкций, их проектированию. Традиционные однослойные стены из кирпича, керамзитобетона, ячеистых бетонов и т. п. стали практически неприемлемыми как с технической, так и экономической точки зрения. Например, для наружной стены из обыкновенного глиняного кирпича на цементно-песчаном растворе требуемая толщина возросла до 1,5 -2,0 м!
Возросшие требования к теплозащите обусловили переход на многослойные конструкции с применением эффективных утеплителей, что, в свою очередь, повлекло за собой необходимость изменения конструктивной схемы зданий (переход на полный каркас), с передачей нагрузки от наружных стен на межэтажные перекрытия, применение фасадных систем теплоизоляции, трехслойных стеновых панелей с гибкими связями из стеклопластика и т. п. Отчасти эти же причины обусловили и массовое применение в строительстве светопрозрачных конструкций в переплетах из ПВХ-профилей, древесины, «теплого» алюминия с двухкамерными стеклопакетами, заполнением межстекольного пространства инертными газами, низкоэмиссионным покрытием стекла и т. п.
Прошедшее десятилетие, по сути, можно охарактеризовать как период крупномасштабного экспериментирования в этой области, но, к сожалению, практически без какого-либо контроля и оценки эффективности полученных результатов, в том числе и по показателям тепловой защиты.

Критерии оценки тепловой защиты зданий
Определяющим показателем тепловой защиты и энергетической эффективности зданий с 2011 г. принят удельный годовой расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию. Удельный – в пересчете на 1 м2 отапливаемой площади или 1 м3 отапливаемого объёма здания за отопительный период. Это решение прописано в постановлении Правительства РФ «Об утверждении Правил установления требований энергетической эффективности для зданий, строений, сооружений и требований к правилам определения класса энергетической эффективности многоквартирных домов» (№18 от 25.01.2011 г.) и приказе Министерства регионального развития РФ №224 «Об утверждении требований энергетической эффективности зданий, строений, сооружений» (от 17.05.2011 г.) .
Такой подход, в отличие от СНиП 23-02-2003, представляется абсолютно правильным, поскольку с точки зрения потребителя не столь уж важно, какое сопротивление теплопередаче имеют наружные стены, окна или покрытия того или иного здания. Важен конечный результат – затраты на отопление и вентиляцию. Хотя, бесспорно, ограждающие конструкции должны обеспечивать выполнение требуемых санитарно-гигиенических условий эксплуатации зданий.
Требуемые показатели удельного теплопотребления для ряда зданий различного назначения (так называемый базовый уровень) приведены в таблице 1. В соответствии с этим уровнем устанавливаются классы энергетической эффективности здания (таблица 2).
Следует отметить, что вышеупомянутыми документами предусмотрено дальнейшее поэтапное снижение нормативных значений удельного расхода тепловой энергии. В частности – с 1 января 2016 г.на 15% по отношению к базовому уровню
2011 г., с 1 января 2020 г. – еще на 10% по отношению к уровню 2016 г. Кроме того, с 2013 г. в качестве дополнительных технических требований, вводятся требования по интеграции в энергетический баланс зданий, строений, сооружений нетрадиционных источников энергии и вторичных энергоресурсов.

Некоторые особенности методики проектирования
тепловой защиты


В связи с запланированным изменением требований к удельному теплопотреблению зданий возникают вопросы о путях реализации поставленных задач. Повышать ли далее теплозащитные качества ограждающих конструкций, и если повышать, то до какого уровня? И как проводить оценку энергетической эффективности других технических решений, например, за счёт повышения эффективности управления работой систем отопления и вентиляции зданий, утилизации тепла вентиляционного воздуха, использования возобновляемых источников энергии и др.
Анализ структуры теплопотерь современных жилых зданий показывает, что доля потерь тепла через стены составляет 20-25%, окна – 25-30%, подогрев приточного вентиляционного воздуха – 40-50% от суммарных теплопотерь. В качестве примера на рис. 1 приведена структура теплопотерь 16 этажного жилого дома серии «Континенталь».

Tab_1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tab_2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для общественных зданий потери тепла через окна и вентиляцию могут быть еще больше.
Соответственно, повышение приведённого сопротивления теплопередаче наружных стен в самом лучшем случае позволит сократить лишь часть от расчётных теплопотерь 20-25%.
Как показывают расчёты, в зависимости от степени автоматизации и управления системами отопления значительное влияние на тепловой баланс здания могут оказывать теплопоступления от солнечной радиации и бытовые теплопоступления. Чем быстрее и точнее система отопления реагирует на изменение температуры воздуха в отдельных помещениях, тем большая доля теплопоступлений учитывается в тепловом балансе здания. Например, для систем отопления с поквартирной разводкой при установке у отопительных приборов термостатов величина теплопоступлений учитывается коэффициентом = 1, для однотрубных систем без авторегулирования = 0,5.
Не менее эффективным может оказаться управление и регулирование воздухообменом помещений с учетом режима их эксплуатации. В этой связи необходимо отметить, что изменение затрат тепла на вентиляцию (подогрев приточного воздуха) прямо пропорционально величине воздухообмена и продолжительности работы системы. В настоящее время СНиП 23-02-2003 и СП 23-101-2004 прописывают при расчёте затрат тепла на вентиляцию учитывать требуемый воздухообмен в течение
24 часов в сутки в течение всего отопительного периода (168 часов в неделю). Налицо явная методическая ошибка и несоответствие реальным условиям эксплуатации.
Управление и регулирование воздухообменом помещений возможно как в системах с естественным побуждением за счёт установки приточных и вытяжных вентиляционных клапанов с ручным или автоматическим регулированием, так и в системах с механическим побуждением.
Как показывают расчёты, при эффективных системах отопления и вентиляции, класс энергетической эффективности зданий «В+» и даже «В++» может быть достигнут и без существенного повышения приведённого сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций. Это никоим образом не говорит об отсутствии необходимости разработки и применения ограждающих конструкций с повышенными теплозащитными качествами. Но любое повышение теплозащиты, равно как и применение тех или иных систем инженерного оборудования, должно быть экономически обоснованно.
Этот и ряд других методических положений, уточняющих и детализирующих особенности проектирования тепловой защиты современных зданий, проработан и изложен в рамках стандарта саморегулируемой организации «Союз проектировщиков и архитекторов Сибири» (СРО НП «СПАС»).
В частности, в СТО:
- введён учёт поступлений теплоты от возобновляемых источников энергии и сис-тем рекуперации тепла;
- введён учёт переменного воздухообмена зданий, коэффициентов эффективности управления систем вентиляции;
- прописана методика оценки экономической эффективности и срока окупаемости энергосберегающих мероприятий;
- выполнена детализация методики расчёта приведённого сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций зданий с применением компьютерных программ расчёта температурных полей и др.
Введение в действие данного СТО позволит снять ряд методических вопросов проектирования тепловой защиты зданий и стимулировать применение комплекса энергосберегающих мероприятий.

Оценка теплозащитных качеств
некоторых ограждающих конструкций


СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» предписывает расчёт приведённого сопротивления теплопередаче наружных стен проводить для фасада здания или среднего промежуточного этажа с учётом потерь тепла через оконные откосы и другие теплопроводные включения, без учета заполнений самих оконных проёмов. Это достаточно непростая задача с методической точки зрения, к сожалению, плохо прописанная в СП 23-101-2004.
В результате при проектировании ограждающих конструкций зданий оценка их теплозащитных качеств часто проводится по глади, без учёта теплопроводных включений. Как следствие, в отдельных случаях величина приведенного сопротивления теплопередаче оказывается завышенной в 1,5 – 2 раза. И, соответственно, система отопления здания проектируется с заниженной мощностью.
Другая, достаточно часто встречающаяся ошибка при проектировании ограждающих конструкций – отсутствие учёта особенностей производства работ и ремонтопригодности конструкций.
В качестве примера можно привести трехслойную кирпичную кладку с утеплителем из пенополистирола внутри стены. При возведении такой стены практически неизбежно образование зазоров и щелей между листами утеплителя, вследствие чего возможна продольная или внутренняя фильтрация воздуха – под листами утеплителя. А если ещё проектным решением предусматривается вентилируемый воздушный зазор между наружной поверхностью утеплителя и облицовкой из кирпичной кладки, то продольная фильтрация на отдельных участках стены практически неизбежна. Как следствие, существенное снижение теплозащитных качеств конструкций, а в некоторых случаях и появление конденсата на отдельных участках.
И в данном случае причины не в применяемом пенополистироле, как это иногда трактуется в подобных ситуациях, а в конструктивном решении и технологии производства работ, не позволяющих подогнать и уложить отдельные листы утеплителя без каких-либо зазоров.
К сожалению, дефекты, допущенные при возведении подобных конструкций, выявляются лишь на стадии эксплуатации, и зачастую определить место их расположения не представляется возможным. Как и устранить в условиях эксплуатируемого здания, например, при локальном продувании стены на отдельных участках, проявляющееся при определённом сочетании температур наружного воздуха, скорости и направления ветра.
Критику подобных конструкций со стороны строителей следует признать вполне обоснованной.
В этой связи двухслойные стены с теплоизоляционным слоем из многопустотного щелевого кирпича, особенно с поризацией черепка, стены с крупноформатными блоками из ячеистых бетонов, полистиролбетона и т. п. представляются более предпочтительными. Конструкция таких стен обеспечивает приведённое сопротивление теплопередаче на уровне 2,4-2,8 м2
оС/Вт, что вполне достаточно для обеспечения санитарно-гигиенических требований. А требуемое удельное теплопотребление может быть достигнуто за счёт реализации других энергосберегающих мероприятий.
Что касается панельных зданий, то здесь вне конкуренции трехслойные стеновые панели жилых зданий 97-й серии. Применение, продуманное расположение и анкеровка гибких связей из стеклопластика, отработанная технология заводского изготовления панелей сводят к минимуму «мостики холода». Ris_3Ris_2Сопротивление теплопередаче подобных конструкций свыше 5 м2 оС/Вт! Эти конструкции соответствуют требованиям СНиП и ТСН даже климатических районов Крайнего Севера.
Определённый интерес представляет опыт заводского изготовления стеновых панелей из железобетона с последующим утеплением здания фасадной теплоизоляцией (г. Барнаул). Хотя и здесь не всё просто, поскольку ограждения лоджий и балконов частично прорезают утеплитель и оказывают влияние на теплотехническую однородность конструкции.
Для малоэтажных зданий возможно применение достаточно широкого набора конструктивных решений – начиная от каркасных вариантов с применением теплоизоляционного материала «Эковата» и заканчивая конструкциями с различными типами фасадной теплоизоляции.
Говоря о перспективах повышения теплозащитных качеств светопрозрачных конструкций, следует отметить эффективность применения специальных стёкол с низкоэмиссионным покрытием.
Как показывают результаты испытаний стеклопакетов производства ООО «Гласс-пром», при использовании двухкамерных стеклопакетов с двумя низкоэмиссионными стёклами приведённое сопротивление теплопередаче таких конструкций составляет 0,9 -1,0 м2 оС/Вт. То есть практически соответствует теплозащитным качествам кирпичной стены толщиной 640 мм.

Особенности температурного режима узлов сопряжений конструкций
Несмотря на повышение теплозащитных качеств ограждающих конструкций зданий, количество проблем с локальным нарушением их температурного режима в последние годы не уменьшилось. Речь идет о локальных понижениях температуры
внутренней поверхности в местах сопряжений конструкций, наружных углах, оконных откосах, колоннах и т. п.
Причины – «мостики холода» в виде связей, закладных деталей, рёбер жёсткости, сопряжений плит перекрытий с колоннами каркаса, балконными плитами и т. п.
Здесь можно отметить достаточно большое количество ошибок, допускаемых на стадии проектирования. Причём как в типовых, так и индивидуальных разработках. В качестве примера можно привести узел сопряжения вентилируемой фасадной системы теплоизоляции с оконными блоком (рис. 2). Вследствие отсутствия утепления четверти имеет место значительный сток тепла. И такое решение приведено в большинстве каталогов фасадных систем теплоизоляции.
Или другой пример – наружный выступающий угол каркасного здания (рис. 3). Как правило, колонна каркаса располагается в толще стены, и, несмотря на ее утепление по периметру, в зоне стыка с перекрытием, остается мощный «мостик холода». А в зоне чердачного перекрытия – ещё и выход колонны в пространство чердака.
В этой связи следует отметить обязательность проведения проверочных расчетов температурного режима подобных узлов. Тем более что технические средства для проведения расчётов – специальные компьютерные программы и их методическое обеспечение имеются.

 
 
 
Баннер
Баннер
Баннер
Баннер
Закрыть

У нас новый сайт!

Вся актуальная информация на новом сайте!

idsmedia.ru

Перейти