Нормирование теплозащитных качеств наружных стен

Цитаты из статьи «Приведение нормирования теплозащитных качеств наружных стен зданий в соответствие с Федеральным законом «О техническом регулировании», опубликованной в 2005 г.

Лобов О. И., докт. техн. наук, председатель правления, Ананьев А. И., докт. техн. наук, директор научного центра, Российское общество инженеров строительства (РОИС), Россия

Кувшинов Ю. Я., профессор, докт. техн. наук, зав. Кафедрой Московский государственный строительный университет (МГСУ), Россия 

       В СНиП II-3-79* был введен двухуровневый принцип нормирования теплозащитных качеств наружных стен.

       Первый уровень – обязательный, из условий санитарно-гигиенической безопасности. Ниже этого уровня теплозащиту стен принимать запрещается, поскольку приводит к образованию конденсата на внутренней поверхности большинства конструкций наружных стен и узлов их сопряжения с другими элементами здания. Конденсат создает плесень и сырость на стенах, ускоряет процесс коррозии закладных металлических связей, повышает влажность воздуха в помещениях выше нормы. Это приводит к разрушению конструкций и заболеванию жильцов.

       Второй – из условий энергосбережения. Уровень теплоизоляции наружных стен в СНиП П-3-79*, и СНиП 23-02-2003 и ТСН из условий энергосбережения установлен тоже как обязательный. Он в 2,5-3 раза превышает установленный по санитарно-гигиеническим условиям.

       R_о^пр из условий энергосбережения при рациональной толщине стен, как показывает практика, в большинстве регионов страны можно обеспечить только с применением мягких утеплителей (минвата, пенополистирол, пенополиуретан), долговечность которых в климатических условиях России недостаточно изучена. Поэтому нельзя исключать дополнительные непредвиденные затраты на восстановление утраченного ресурса утеплителей в стенах зданий. В северных регионах страны наружные стены с высоким уровнем теплоизоляции даже конструктивно невыполнимы.

       Для обеспечения требуемого уровня теплоизоляции в реальной трехслойной панели с гибкими металлическими связями из условий энергосбережения в Москве необходимо увеличить толщину пенополистирольного слоя до 180 мм, а в Якутске до 370 мм. Соответственно, толщина панели будет составлять 345 мм и 535 мм. При применении минераловатных плит толщина теплоизоляционного слоя в Москве должна составлять 315 мм, а в Якутске 550 мм. Толщина панели соответственно должна возрасти до 480 и 715 мм.

       При увеличенной толщине утеплителей в стенах существенно возрастают усадочные и температурные деформации, что приводит к образованию заметных трещин, разрывам контактных зон с конструкционными материалами, изменяются воздухопроницаемость и паропроницаемость, что в процессе эксплуатации снижает теплоизоляционные качества и капитальность наружных стен. В северных регионах страны, где холодное и короткое лето, стены с увеличенной толщиной теплоизоляции не успевают войти в квазистационарное влажностное состояние, что ухудшает санитарно-гигиенические условия в жилых помещениях и приводит к систематическому накоплению влаги и ускоренному морозному разрушению, снижению срока службы и частым капитальным ремонтам стен. Даже у далеких от строительной науки застройщиков целесообразность такого утепления стен вызывает сомнения.

       Постановлением № 113 от 26 июня 2003 г. Госстроем России с 1 октября 2003 г. введён в действие СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» взамен СНиП II-3-79* «Строительная теплотехника». В нем дополнительно к нормированию теплозащитных качеств наружных стен по санитарно-гигиеническим условиям и по условиям энергосбережения введён третий показатель по удельному расходу тепловой энергии на отопление здания. Предложено рассматривать требуемый уровень теплозащитных качеств наружных стен во взаимосвязи с общим энергетическим балансом здания.

       Такой подход используется как способ для отступления от чрезмерно высокого нормативного уровня теплозащитных качеств наружных стен, заложенного из условий энергосбережения. В СНиП 23-02-2003 объективные физические и экономические причины, обуславливающие теплопотери, затраты на дополнительную теплоизоляцию и на ремонт стен с мягкими утеплителями, предложено подменять совершенствованием объёмно-планировочного решения зданий и системы поддержания микроклимата. Они никоим образом не связаны с процессом теплопередачи, влажностным режимом, воздухопроницаемостью и долговечностью наружных стен.

       Авторами СНиП утверждалось, что увеличение R_о^пр наружных стен в домах массового строительства с 1,0 до 2,0 м²∙^оС/Вт снижает удельное энергопотребление на 18-20 % по сравнению со зданиями, запроектированными до 1995 г. и на 14-18 % при увеличении R_о^пр с 2,0 до 3,0 м²∙^оС/Вт. В одноквартирных малоэтажных жилых домах планировали получить эффект ещё выше, т. е. соответственно 24-28 и 18-23 %. В совокупности планируемая экономия составляла 40-50 % [5]. Выполненные расчёты по разработанной ими методике [6] показывают, что такое существенное снижение удельного расхода тепловой энергии на отопление зданий происходит не в результате повышения теплозащитных качеств наружных стен, а за счет снижения кратности воздухообмена в помещениях и преувеличения роли бытовых тепловыделений и теплопоступлений через окна от солнечной радиации в холодный период года. Тепловые потери через наружные стены при этом не меняются. Их количественная характеристика остается неизменной. Но в процентном отношении к сниженным таким способом общим энергозатратам на отопление они существенно увеличиваются. И, наоборот, могут в процентах уменьшаться, если учитывать еще и энергозатраты на горячее водоснабжение, и тем более, на электропотребление. Такой подход привел к преувеличению уровня теплозащитных качеств наружных стен в снижении удельного расхода тепловой энергии. Этот приём использован в [5] для оценки удельных энергозатрат на отопление здания. На рис. 1 приведены зависимости удельного расхода теплоты от приведенного сопротивления теплопередаче наружных стен в помещениях с различными бытовыми тепловыделениями и кратностью воздухообмена. При этом доля удельных энергозатрат на компенсацию теплопопотерь через наружные стены при фиксированном значении R_о^пр во всех четырёх случаях остаётся одинаковой. Снижение удельных энергозатрат на отопление 9-этажного здания в результате повышения теплозащитных качеств наружных стен достигается в значительно меньших величинах (рис. 1, кривая 1), чем приведенные из статьи [5] (кривая 4). Существенное различие объясняется снижением однократного (n_a=1) воздухообмена до n_a=0,652.

Таким способом удалось существенно снизить удельный расход теплоты, заложить его в качестве обязательного для исполнения в новый СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», и представить таким образом, что снижение удельных энергозатрат на отопление достигается, в основном, за счет повышения уровня теплоизоляции наружных стен. Можно и в большей мере снизить кратность воздухообмена в помещениях, соответственно, и удельный расход тепловой энергии на отопление. Если исходить из соображений достаточности кислорода в помещениях, то вентилировать помещения можно и в 5 и в 10 раз меньше. Но тогда в помещениях будет воздух, насыщенный запахами, забрасываемыми кухонными вентиляционными шкафами из соседних квартир, от строительных материалов и бытовых синтетических предметов. При снижении кратности воздухообмена повысится вероятность инфекционных заболеваний. Естественно, жильцы не допустят такого состояния воздуха в своих квартирах и будут их проветривать до такой степени, какая им потребуется для здорового образа жизни.

       В зданиях, построенных с уровнем теплозащитных качеств наружных стен, вытекающим из удельных энергозатрат на отопление, не произойдет в эксплуатации экономии топливно-энергетических ресурсов в объеме, запланированном в [5]. Поэтому показатель удельного расхода тепловой энергии на отопление зданий нельзя вводить в качестве обязательного при проектировании зданий.

       Невольно напрашивается сравнение с автомобильным транспортом. Потребление энергоресурсов в нашей стране на транспорте составляет около 33 % от общего энергопотребления и приблизилось к потреблению в ЖКХ (31-39 %). В автомобильном транспорте более остро стоит вопрос энергосбережения. Например, в годовом бюджете средней семьи, проживающей в трехкомнатной квартире в г. Москве (78 м²), расходы на бензин для автомобиля «Жигули» при пробеге 50-70 км в сутки в 4-6 раз превышают оплату за отопление без льгот и дотаций. По данным, опубликованным в [7] семья (4 чел.), проживающая в трехкомнатной квартире площадью 78 м² по ставкам 2005 г . платит в год за отопление 10998 руб. (без дотации), горячее водоснабжение - 6000 руб., электроэнергию - 3000 руб., за бензин для автомобиля - 38325 руб. Всего 58323 руб. Оплата за отопление в общем годовом балансе стоимости энергоносителей составляет ≈ 19 %. Если снизить теплозащитные качества наружных стен на одну термическую единицу, т. е. с 3,16 до 2,16 м²∙^оС/Вт оплата в год уменьшается на 946 руб., т. е. на 1,5 %. По отношению к общим коммунальным платежам, т. е. с учетом оплаты газа, холодной воды, жилья, и т. д. (70635 руб.), экономия составляет 0,9 %. Т. е. она вписывается в допустимую погрешность замеров теплоты на отопление здания.

При этом нельзя забывать, что жильцов через 20-30 лет ждет капитальный ремонт стен, затраты на который во много раз могут превысить получаемую экономию от снижения расхода тепловой энергии. И чем толще теплоизоляционный слой из мягких утеплителей, тем раньше он наступит.

Рис. 1. Зависимость удельного расхода тепловой энергии (q_h^des) на отопление 9-этажного дома в г. Твери от приведенного сопротивления теплопередаче наружных стен (R₀^пр):

1 – удельный расход при кратности воздухообмена n_a=1, бытовых тепловыделениях q_int=10 Вт/м², теплопоступлениях в здание от солнечной радиации Q_s=256 кДж;

2 – то же при кратности воздухообмена n_a=0,652;

3 - то же при кратности воздухообмена n_a=0,652, бытовых тепловыделениях q_int=20 Вт/м²;

4 – удельный расход по данным из статьи [5];

5 – удельный расход через наружные стены (Q=const) при различных значениях n_a и q_int

Проведенные расчеты показывают, что авторами СНиП II-3-79* и СНиП 23-02-2003 сделан ошибочный шаг в решении важнейшей для страны проблемы энергосбережения при отоплении зданий за счет чрезмерного повышения теплозащитных качеств наружных стен.

О нецелесообразности решения проблемы энергосбережения в зданиях таким способом опубликовано более ста работ. Сделано большое количество докладов на научно-практических конференциях НИИСФ. Однако авторы, допустившие эти серьезные ошибки в нормировании, не хотят их исправлять. По данным академика РААСН С. А. Чистовича, М. А. Лапира, проф., д. т. н., Г. С. Иванова, проф., д. т. н., В. И. Прохорова расход теплоты на отопление зданий можно сократить на 60-70 % в результате совершенствования отопительных систем, введения пофасадного регулирования, а также контроля и учета отпускаемой теплоты и других мероприятий, связанных с улучшением работы инженерного оборудования. Еще больший резерв заложен в содержании тепловых сетей на требуемом качественном уровне и обеспечении безаварийной работы. Полученная таким способом экономия на порядок превышает экономию теплоты за счет чрезмерного дополнительного утепления наружных стен. А самое главное, избавит от дополнительных затрат на проведение капитальных ремонтов зданий.Ученые надеялись, что в экстренно подготовленном и утвержденном СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» взамен СНиП II-3-79* «Строительная теплотехника» будут устранены допущенные ошибки. Оказалось, что его выпуск преследовал цель использовать сложившуюся временную ситуацию между опубликованием Закона «О техническом регулировании» и вступлением его в силу для перенесения отвергнутых строительной практикой завышенных требований к R_о^пр стен из старого в новый СНиП 23-02-2003. При этом рассчитывали, что завышенные требования к уровню теплоизоляции наружных стен из условий энергосбережения, как обязательные будут действовать до утверждения технического регламента, т. е. ещё 6-7 лет [8]. Кроме того, проявленная поспешность выпуска нового СНиП привела к дополнительным ошибкам, которые раскрываются в печати [9, 10].

 В новом СНиП 23-02-2003 исключено приложение с расчетными значениями теплофизических показателей материалов и конструкций. Это поставило проектировщиков и строителей в затруднительное положение при выборе материалов для создания долговечных энергоэффективных наружных стен зданий. Вполне справедливо, что СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» был признан не действующим нормативным документом, и заложенные в него требования были не обязательны для исполнения. До принятия технического регламента действующим оставался предшествующий СНиП II-3-79* «Строительная теплотехника» [3, 4].

Требуемое сопротивление теплопередаче наружных стен из условий обеспечения санитарно-гигиенической безопасности проживания граждан в помещениях зданий (обязательное требование) предлагается определять по формуле (1) СНиП II-3-79* с использованием уточненного коэффициента α_в. Предлагаемые значения α_в отличаются от прежнего значения α_в=8,7, т. к. теплообмен у стены рассчитывается отдельно без влияния окна. Результаты расчётов по этой формуле приведены в табл. 1 (1-я строка).

 Табл. 1

                                                                                                  Новосибирск (-39 ^оС) = 2,27

До введения в нормативный документ метода расчёта экономически целесообразного приведенного сопротивления теплопередаче наружных стен предлагаем использовать данные, приведённые во второй строке табл. 1. Их рекомендуется принимать на добровольной основе.

 Литература

1. Фрадков М. Письмо председателя правительства Российской Федерации № МФ-П9-6540 от 07.12.2004.

2. Матеров И. С. Письмо зам. министра Минпромэнерго России № ИМ-1763 от 29.12.2004.

3. Ответы директора департамента технического регулирования и метрологии Минпромэнерго России Глазатовой М. К. корреспонденту «Строительной газеты». // Строительная газета, № 34 (9785), 20 августа 2004.

4. Об обязательности СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». Письмо департамента технического регулирования и метрологии Минпромэнерго России № 08-223 от 25.08.04 в РОИС.

5. Бондаренко В. М., Матросов Ю. А.. Бутовский И. Н. и др. О нормативных требованиях к тепловой защите зданий. // «Строительные материалы», 2001, № 12, и // «БСТ», 2001, № 11.

6. СП 23-101-2000 «Проектирование тепловой защиты зданий». – М.: Госстрой России, 2001.

7. Лобов О. И., Ананьев А. И., Кувшинов Ю. Я., Гудков Ю. В., Бегоулев С. А., Крюков В. А. и др. Взгляд на энергосбережение сквозь стены. // «Строительный эксперт», 2004, № 5 (168). - с. 4.

8. Письмо НИИСФ 05/196-11 от 4.05.04 «Об обязательном выполнении требований СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» в течении 7 лет со дня введения закона «О техническом регулировании».

9. Самарин О. Д. О нормировании тепловой защиты зданий. // «СОК», 2004, № 6. - с. 106-107.

10. Иванов. Г. С Кому нужны непригодные нормы проектирования теплозащиты зданий – СНиП 23-02-2003. // «Современные строительные конструкции», 2005, № 1 (4). - с. 38.