Существующие в России нормативы по теплоизоляции зданий ограничивают тепловой поток через отдельные части наружных ограждающих конструкций (непрозрачные участки стен, светопрозрачные конструкции и пр.) при расчетных температурах разделенных ими воздушных сред, т.е. при стационарных условиях теплопередачи и при определенных сочетаниях расчетных температур наружного и внутреннего воздуха. Так, например, для стен жилых зданий тепловой поток ограничен величиной 52 Вт/м2, который получают произведением нормируемой разности температур внутренней поверхности ограждения и внутреннего воздуха (Dt) на величину конвективного теплообмена (a) у внутренней поверхности.

При первоначальной разработке нормативного документа по теплоизоляции зданий (в 1937 г.) в качестве температуры внутренней поверхности приняли точку росы внутреннего воздуха и разность температур (Dt) установили с запасом примерно на 1/3, учитывая невысокое качество строительства, и с тех пор эта величина оставалась неизменной. В 1971 г. впервые в нормативном документе было введено требование расчета экономически целесообразного сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции, рассчитываемое исходя из минимума приведенных затрат, состоящих из капитальных затрат на изготовление конструкций и эксплуатационных затрат за расчетный срок окупаемости.

Основным недостатком изложенных выше методов является поэлементное нормирование ограждающих конструкций, когда рассматриваются отдельные элементы здания без учета совокупности всех ограждающих конструкций. При этом, например, теплоизоляция глухого участка стены выбирается без учета окна и откосов проемов. Этот недостаток ограничивает точность расчетов. Более серьезное ограничение при этом подходе заключается в том, что оно приводит к невозможности рассматривать теплозащиту здания в целом. Теплотехническая эффективность здания в целом зависит от сочетания теплоизоляции, инфильтрации воздуха, а в некоторых случаях, от массивности ограждений и теплопоступлений от солнечной радиации. Рассмотрение энергетической экономики здания в целом выходит за рамки возможностей поэлементного подхода.

Новая концепция нормирования теплозащиты здания основана на рассмотрении здания как полной энергетической системы. Этот подход предполагает нормировать энергопотребление здания в целом. Поскольку есть опасность достижения заданного энергопотребления за счет снижения комфортных условий в концепции вводится дополнительное требование по условию комфорта.

Исходя из этих двух условий по ограничению энергопотребления здания и обеспечению адекватного теплового комфорта при выборе уровня теплозащиты предлагается руководствоваться: системным нормированием здания как единой энергетической системы с заданным нормируемым энергопотреблением. При этом метод расчета нормативов энергопотребления должен зависеть от возможностей энергопотребления страны или ее отдельных регионов. например, если здания потребляют одну эквивалентную единицу тепловой энергии и производство тепла в этом регионе требует двух эквивалентных единиц природного газа, для основных расчетов нормативов должно быть положено две эквивалентные единицы топлива;

поэлементным нормированием обеспечиваются нормальные жизненные условия как в рабочей зоне, так и на ее границе, при котором различные элементы ограждений действуя порознь обеспечивают комфортные условия.

При проектировании здания в соответствие с этими нормативами поэлементное нормирование обеспечивает минимальные требования к теплозащите отдельных элементов ограждающих конструкций, а системное нормирование обязывает проектировщика выбирать более высокие требования для отдельных элементов, чем минимальные с целью удовлетворить требования по энергопотреблению.

Условия комфорта формируются температурной обстановкой в помещении, характеризуемой как температурой внутреннего воздуха, так и радиационной температурой, являющейся результатом воздействия температур поверхностей всех ограждений помещения. Теплотехническое нормирование зданий по комфортным условиям предлагается впервые. Эти новые теплотехнические требования в результате приводятся к тому же параметру (Dt), что и требования по конденсату, но с новым смыслом.

Основным показателем тепловой комфортности внутренней среды является средняя результирующая температура в центре рабочей зоны помещения, которая вычисляется как полусумма значений средней температуры воздуха помещения и средней радиационной температуры помещения.

Другим показателем, отражающим качество микроклимата помещения, является локальная асимметрия радиационной температуры, характеризуемая разностью радиационных температур на двух обращенных в противоположные стороны поверхностях объекта в помещении, расположенного в какой-либо точке помещения. Условие асимметрии ограничивает интенсивность лучистого теплообмена при положении человека вблизи нагретых или охлажденных поверхностей ограждений.

В стандартах ИСО и ряда западных стран, исходя из физиологии человека, приведены нормативные величины оптимальных значений средней результирующей температуры и асимметрии радиационной температуры для жилых помещений. Так, например, в стандарте ИСО оптимальная величина средней результирующей температуры находится в интервале 20-21 oС при минимально допустимом значении 18 oС, асимметрия радиационной температуры не должна превышать 5 oС, как по стандартам других стран она увеличена до 7 oС.

Для анализа существующих в России нормативных требований выбрали два типа многоэтажных зданий массовой застройки - первое здание из трехслойных железобетонных панелей на гибких связях с утеплителем из пенополистирола и стальными конвекторами, и второе из однослойных керамзитобетонных панелей и чугунными радиаторами. Уровень тепловой комфортности был определен расчетом. В действующих нормах установлены следующие значения нормативного температурного перепада Dt между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности: для наружных стен Dt = 6oС, для чердачных перекрытий Dt=4oС и для пола первого этажа Dt = 2oС.

Результаты расчета угловых помещений верхнего этажа показали, что при температуре внутреннего воздуха t = 18 oС комфортные условия не обеспечиваются, а при t = 20 oС обеспечиваются только в случае, если Dt снизить для наружных стен до Dt = 4oС, для потолка до Dt = 3oС Наличие комфортных условий в центре помещения является недостаточным для обеспечения комфорта во всей обитаемой зоне помещения, (охватывающей объем, границы которого отстоят на 0.5 м от внутренних поверхностей стен). Поэтому для тех же помещений рассчитали асимметрию радиационной температуры. Во всех случаях для в 0.5 м от наружной стены с окном человека асимметрия радиационной температуры на уровне головы достигает 9.5 - 11.5 oС. Замена двухслойного остекления на трехслойное позволяет снизить асимметрию 3oС, что все равно не удовлетворяет требованиям комфорта. В случае же предлагаемых новых значений Dt, которые соответственно увеличивают теплоизоляцию, требования комфорта соблюдаются.

За основу системного нормирования предлагается норматив удельных энергозатрат на отопление или охлаждение здания, для которого определяют теплозащитные свойства совокупности ограждающих конструкций или оболочки здания. Под удельным расходом тепловой энергии на отопление здания понимают то количество теплоты за отопительный период, Вт·ч/(м2·oС·сут), отнесенное к м2 общей отапливаемой площади здания и градусо-суткам, представляющим произведение разности температуры внутреннего воздуха и средней температуры наружного воздуха за отопительный период на его продолжительность. Это предложение лучше всего проявляется потому, что предлагаемый норматив в самом деле независим от климатических условий - т.е. одно и тоже здание построенное в различных климатических регионах и с разным уровнем теплозащиты имеет приблизительно одинаковое удельное энергопотребление. Для России, как показано ниже, этот параметр может быть установлен с хорошей аппроксимацией. Такой универсальный параметр, который в идеале независим от климатического района строительства, также впервые предлагается ввести в теплотехническое нормирование зданий.

С целью проверки универсальности этого параметра для территории России, имеющей большое разнообразие климатических условий, были проведены энергетические расчеты на компьютере трех распространенных в России типов многоквартирных жилых зданий (пятиэтажного, девятиэтажного и семнадцатиэтажного) для 302 климатических пунктов России. При этом принимали в расчет: геометрические размеры здания, нормируемые значения сопротивления теплопередаче и воздухопроницанию стен, чердачных перекрытий и перекрытий пола первого этажа, окон, среднюю температуру, продолжительность и среднюю v ветра за отопительный период в зависимости от района строительства. На рисунке представлены результаты расчетов для семнадцатиэтажного здания в виде кривой распределения числа климатических пунктов с одинаковым годовым удельным энергопотреблением.

Полученные результаты определения годового удельного потребления 17-и этажного жилого здания в 302 пунктах России для установления нормативного значения были подвергнуты статистической обработке. По выбранному интервалу (1 Вт·/(м2·oС·сут) полученные данные были сгруппированы в порядке возрастания, на основе чего был построен график распределения полученных результатов (гистограмма). По полученным данным были получены средние значения x, дисперсия S2 и среднее квадратичное отклонение S. Далее была построена кривая плотности нормального распределения, площадь под которой должна быть равна площади гистограммы. На основе полученных статистических характеристик было определено нормативное значение (максимально допустимая величина) годового удельного энергопотребления различных типов жилых домов с доверительной вероятностью 0.95, которая принимается в большинстве практических приложений математической статистики.

Аналогичные кривые были построены и для других типов зданий. Явно выраженный экстремум этих функций доказывает принцип. возможность установления единых нормативов для разных типов зданий вне зависимости от климатического района.

Анализ существующего положения дал следующие результаты. Многоквартирные жилые здания, построенные по действующим в России нормам, расходуют на отопление от 75 до 125 Вт·ч/(м2· oС·сут) , односемейные - от 125 до 170 Вт·ч/(м2· oС·сут). В среднем по России на нужды отопления жилых зданий от централизованных источников энергии расходуется 425 кВт·ч/(м2·год ), что охватывает 80% зданий. Для сравнения здания в ФРГ расходуют с среднем 260 кВт·ч/(м2·год ), в Швеции - 135 кВт·ч/(м2·год ) и в США - 120 кВт·ч/(м2·год ).

Очевидна из сравнения с международными данными необходимость снижения энергозатрат в российских зданиях. Опыт множественных стран демонстрирует, что техническая политика, специально направленная на энергосбережение, является наиболее эффективным средством для снижения энергопотребления. Стандарты по энергетической эфф. являются частью политики, которая успешно апробирована во множественных регионах. Для реализации механизма снижения энергопотребления должен быть разработан новый метод с целью установления нормативов удельного энергопотребления. Такой механизм по методу наименьших затрат был разработан в США и первоначально применялся для электроснабжения. Адаптация этого механизма применительно к системам теплоснабжения и установления нормативов энергопотребления зданий позволит улучшить экономику в регионах и в России в целом с тем, чтобы внедрить улучшение энергетической эфф. зданий за меньшую гарантированную стоимость по сравнению с более высокими вложениями в системы теплоснабжения.

в основу предложенного нормирования положен принцип постепенного снижения долгосрочных затрат энергоснабжающих предприятий по обеспечению теплом зданий. При этом энергосбережение в зданиях анализируется как равноценный ресурс развития системы теплоснабжения, который с учетом проверенного многими странами тезиса о том, что сбереженная энергия самая дешевая, становится приоритетным по мере роста стоимости энергии. Нормированные значения вероятно следует устанавливать в соответствие с прогнозом на будущие годы.

Динамика изменения во времени нормативов будет воздействовать на введение новых технологий по улучшению энергетической эфф. в строительстве, и в строительной практике вообще. Что касается капиталовложений для достижения данного уровня изменения теплозащиты, то как видно на примере США, требования по удельному энергопотреблению будут снижаться. Эти требования будут также зависимы оптимально от уровней удельного энергопотребления на отопление, которые будут также зависимы от ожидаемого темпа снижения энергозатрат в зданиях. Этот темп снижения прогнозируется на основе баланса энергоресурсов в народном хозяйстве страны или региона по методике наименьших затрат. Также учитываются возможные экологические, экономические и прочие последствия и технические возможности для реализации устанавливаемого темпа снижения энергозатрат. Проводится анализ неопределенностей, в региональном энергопотреблении, которые могут быть связаны с внедрением новых нормативов и стоимостью энергоснабжения при различных сценариях планирования этих неопределенностей. Во множественных случаях повышенные стандарты по энергетической эфф. оправдываются снижением неопределенностей в энергопотреблении и предотвращают потребность в строительстве теплостанций, которые требуются в сценариях с высоким ростом энергопотребления.

В заключении следует отметить, что новая концепция нормирования теплозащиты зданий приводит к интеграции теплотехнических характеристик здания с более широким контекстом регионального энергопотребления за более низкую стоимость. Во множественных случаях это будут меньшие издержки по сниженному энергопотреблению в новостройках благодаря более жестким стандартам по сравнению с расширением энергоснабжения. Такое сравнение может быть сделано на детальном уровне, при котором шаговые изменения уровня теплозащиты могут быть сравнимы с шаговыми изменениями энергоресурсов в сфере их воздействия на экономику и окружающую среду. стандартизация теплозащиты обеспечивает путь к интегрированию экономических критериев с микроэкономического (поэлементного) уровня на макроэкономический или региональный системный уровень, при котором осуществляются решения, касающиеся новых источников энергоснабжения.
Источник: www.cenef.ru/home-pg/hp-40r.htm