О нормировании тепловой защиты зданий с влажным и мокрым режимами

УДК 699.86

А V V

О нормировании тепловой защиты здании с влажным и мокрым режимами

С. В. Корниенко,

Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет, доцент кафедры «Архитектура зданий и сооружений», кандидат технических наук

Отсутствие в актуализированной редакции СНиП «Тепловая защита зданий» чётких рекомендаций по выбору нормируемых значений сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций для зданий с влажным и мокрым режимами делает актуальной разработку предложений по совершенствованию нормирования тепловой защиты указанных зданий. С целью совершенствования поэлементных требований тепловой защиты СП 50.13330.2012 автором предлагается различие двух уровней нормирования: по санитарно-гигиеническому требованию и требованию энергосбережения.

Ключевые слова: тепловая защита, влажный режим, мокрый режим, энергосбережение, нормирование.

С 1 июля 2013 г. введена в действие актуализированная редакция СНиП 23 02 2003 «Тепловая защита зданий» (СП 50.13330.2012). Указанный документ разработан с целью повышения уровня безопасности людей в зданиях и сооружениях, сохранности материальных ценностей в соответствии с Техническим регламентом о безопасности зданий и сооружений [1], повышения уровня гармонизации нормативных требований с европейскими и международными нормативными документами, а также применения единых методов определения эксплуатационных характеристик и методов оценки.

Проектирование зданий с влажным и мокрым режимами имеет свою специфику. Как правило, такие здания являются уникальными и требуют индивидуального подхода к проектированию. Важнейшим требованием для них является обеспечение санитарно-гигиенических и комфортных условий в помещениях. Повышенный влажностный режим в помещениях требует более жёстких ограничений по применению строительных материалов и ограждающих конструкций с точки зрения эксплуатационных характеристик, надёжности и долговечности зданий. Как и для других зданий, актуальным является требование энергосбережения и повышения энергоэффективности.

Проблемам повышения тепловой защиты зданий с влажным и мокрым режимами посвящены работы [2-8]. В [2] разработана теория нестационарного массо-переноса в строительных материалах при решении проблемы повышения защитных свойств ограждающих конструкций зданий с влажным и мокрым режимами. В [4] представлен способ паро- и гидроизоляции помещений с влажным и мокрым режимами эксплуатации, позволяющий исключить выпадение конденсата на внутренней поверхности стены и обеспечить требуемый воздушно-тепловой режим помещения.

Согласно п. 5.1 СП 50.13330.2012, теплозащитная оболочка здания должна отвечать следующим требованиям:

а) приведённое сопротивление теплопередаче отдельных ограждающих конструкций должно быть не

меньше нормируемых значений (поэлементные требования);

б) удельная теплозащитная характеристика здания должна быть не больше нормируемого значения (комплексное требование);

в) температура на внутренних поверхностях ограждающих конструкций должна быть не ниже минимально допустимых значений (санитарно-гигиеническое требование).

Требования тепловой защиты здания будут соблюдены при одновременном выполнении трёх вышеперечисленных условий.

Поэлементная оценка теплозащиты оболочки здания производится путём сравнения приведённого сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций с нормируемым значением. Нормируемое значение приведённого сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции для зданий и помещений с влажным и мокрым режимами в общем случае определяется по формуле (5.1) СП 50.13330.2012:

где Rl

тр

- базовое значение требуемого сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции, определяемое по табл. 3 СП 50.13330.2012 в зависимости от градусо-суток отопительного периода региона строительства;

Шр - коэффициент, учитывающий особенности региона строительства. Значение этого коэффициента принимается равным 1. Допускается снижение значения коэффициента Шр: для стен Шр = 0,63; для свето-прозрачных конструкций Шр = 0,95; для остальных ограждающих конструкций Шр = 0,8.

Согласно п. 5.3 СП 50.13330.2012 для помещений зданий с влажным и мокрым режимами нормируемое сопротивление теплопередаче допускается определять по формуле (5.4):

где ^ - расчётная температура внутреннего воздуха;

^ - расчётная температура наружного воздуха в холодный период года;

Д£н - нормируемый температурный перепад между температурами внутреннего воздуха и внутренней поверхности ограждающей конструкции;

ав - коэффициент теплообмена у внутренней поверхности ограждающей конструкции.

Таким образом, допускается определять нормируемое сопротивление теплопередаче как по формуле (5.1) с использованием данных табл. 3 СП, так и по формуле (5.4) СП 50.13330.2012. Отсутствие в актуализированной редакции СНиП чётких рекомендаций по выбору нормируемых значений сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций для зданий с влажным и мокрым режимами делает актуальной разработку предложений по совершенствованию нормирования тепловой защиты указанных зданий.

С целью совершенствования поэлементных требований тепловой защиты зданий с влажным и мокрым режимами предлагается различать два уровня нормирования - по санитарно-гигиеническому требованию (1 уровень) и требованию энергосбережения (2 уровень).

Согласно санитарно-гигиеническому требованию, нормируемое значение сопротивления теплопередаче К\е<1 определяется по формуле (5.4) СП 50.13330.2012. По требованию энергосбережения нормируемое значение сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции К^ определяется по формуле (5.1) с использованием табл. 3 СП 50.13330.2012. При тр = 1 получим верхнюю границу интервала допустимых значений нормируемого сопротивления теплопередаче по требованию энергосбережения. При тр < 1 получим нижнюю границу указанного интервала.

Выполним сравнительную количественную оценку нормируемого сопротивления теплопередаче, определяемого по различным уровням нормирования тепловой защиты. Эту оценку удобно выполнить в шкале градусо-суток отопительного периода.

На основе статистической обработки методом наименьших квадратов климатических данных, приведённых в СП 131.13330.2012 «Строительная климатология», для 456 пунктов России установлена связь между градусо-сутками отопительного периода и перепадом расчётных температур внутреннего и наружного воздуха Дt = - text в виде уравнения линейной регрессии:

= 0,0039Ц, +29,587.

Расчётная температура внутреннего воздуха принята равной 27 0С согласно СП 118.13330.2012 «Общественные здания и сооружения». Относительная ошибка на узлах колеблется от -36,5 % до 13,1 %. График зависимости Дt приве-

дён на рис. 1 (сплошной линией показаны результаты расчёта по формуле (1), маркерами - узлы).

Д/, °С

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000

йв, °С сут/год

Рис. 1. График зависимости At

На основе формулы (1) с учётом регламентируемых СНиП параметров получим линейную зависимость нормируемого сопротивления теплопередаче по санитарно-гигиеническому требованию от граду-со-суток отопительного периода:

где а и Ь - эмпирические коэффициенты, указанные в табл. 1.

В той же таблице приведены значения эмпирических коэффициентов в линейной зависимости КГ (ФД использованной при составлении табл. 3 СП 50.13330.2012.

На основании данных табл. 1 построены графики зависимости нормируемого сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций от градусо-суток отопительного периода (рис. 2-9) при различном уровне нормирования: 1 - по санитарно-гигиеническому требованию; 2 - по требованию энергосбережения.

м2 -°С /Вт

Оф °С сут/год

Рис. 2. График зависимости R'eq (Dd) для наружных стен

шнЕРашРЕтуршшшБЕШШЕтитшэншршшэФФЕШшвютишЬ 21

Таблица 1

Эмпирические коэффициенты для расчёта нормируемого сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций зданий с влажным и мокрым режимами при различном уровне нормирования

Ограждающая конструкция Эмпирические коэффициенты для уровня нормирования

по санитарно-гигиеническому требованию по требованию энергосбережения

минимально допустимое значение базовое значение

а Ъ а Ъ а Ъ

Наружные стены 0,000067 0,508 0,00019 0,76 0,0003 1,2

Покрытия 0,000084 0,634 0,00032 1,28 0,0004 1,6

Перекрытия над проездами 0,00018 1,36 0,00032 1,28 0,0004 1,6

Чердачные перекрытия 0,000084 0,634 0,00028 1,04 0,00035 1,3

Перекрытия над неотапливаемыми подпольями и подвалами 0,00018 1,36 0,00028 1,04 0,00035 1,3

Окна, балконные двери, витрины и витражи - - 0,000048 0,19 0,00005 0,2

Фонари - - 0,000024 0,24 0,000025 0,25

Входные двери и ворота 0,00004 0,304 - - - -

м2 • °С /Вт

6,00

2000 4000

6000

8000

10000 12000 Оф °С сут/год

Кгеч, м2 • °С /Вт 6,00

0,00

2000 4000

6000

8000

10000 12000 Ов, °С сут/год

Рис. 3. График зависимости Ш" (йс)) для покрытий

Рис. 5. График зависимости Ш" (йс) для чердачных перекрытий

Чгеч, м2 -°С /Вт 6,00

2000 4000

6000

8000

10000 12000 Ов, °С сут/год

Рис. 4. График зависимости Ш" (йс) для перекрытий над проездами

10000 12000 Оф °С сут/год

Рис. 6. График зависимости Ш"я(йС!) для перекрытий над неотапливаемыми подпольями и подвалами

м2 • °С /Вт

Оф °С сут/год

Рис. 7. График зависимости R'eq (Dd) для окон, балконных дверей, витрин и витражей

м2 • °С /Вт

0в, °С сут/год

Рис. 8. График зависимости R'eq (Dd) для фонарей

м2 • °С /Вт

Оф °С сут/год

Рис. 9. График зависимости R'eq(DJ для входных дверей и ворот

Анализ представленных графиков показывает, что для большинства ограждающих конструкций (рис. 2-6) могут применяться оба уровня нормирования как по санитарно-гигиеническому требованию, так и по требованию энергосбережения. Исключение составляют светопрозрачные ограждающие конструкции (только требование энергосбережения) и входные двери и ворота (только санитарно-гигиеническое требование). Как правило, требование энергосбережения более жёсткое, чем санитарно-гигиеническое.

Выполним оценку тепловой защиты оболочки здания согласно СП 50.13330.2012 с учётом указанных предложений по совершенствованию поэлементных требований на примере плавательного бассейна.

Двухэтажное отдельно стоящее здание крытого плавательного бассейна запроектировано в г. Волгограде. Согласно проекту здание состоит из трёх взаимосвязанных между собой основных блоков: зала ванны бассейна, бытовых помещений и технических помещений. Имеется отапливаемый подвал. Отапливаемая площадь здания 2095 м2, отапливаемый объём 11 848 м3, конструктивная схема здания - бескаркасная. Наружные стены здания кирпичные, с утеплителем из минераловатных плит и навесным вентилируемым фасадом. Светопрозрачные ограждающие конструкции в виде витражей с заполнением стеклопакетами. Покрытие зала ванны бассейна совмещённое вентилируемое из стального профилированного настила по несущим конструкциям из металлических ферм, с утеплителем (минераловатными плитами) и стальной кровлей по обрешетке. В здании предусмотрены системы водяного отопления и горячего водоснабжения, подключённые к автономной котельной. Отопительные приборы имеют автоматические терморегуляторы. Система вентиляции общеобменная приточ-но-вытяжная с механическим побуждением воздуха.

Исходные данные для расчёта:

расчётная температура внутреннего воздуха

^ = 27 °с-27 С;

расчётная относительная влажность внутреннего воздуха = 67 %;

влажностный режим помещения - мокрый;

расчётная температура наружного воздуха

text = -22 С;

средняя температура отопительного периода ^г = -2,3 °С;

продолжительность отопительного периода = 176 сут./год;

градусо-сутки отопительного периода

= 5157 °С сут./год;

показатель компактности здания ке = 0,256 м-1.

Результаты расчёта показателей тепловой защиты для оболочки здания согласно СП 50.13330.2012 приведены в табл. 2.

шнЕРШвштурснтБЕШШЕтишшэнЕРШявФФЕшашшшЬ 23

Таблица 2

Расчётные показатели тепловой защиты для оболочки здания, соответствующие нормируемым при различном уровне нормирования

Показатель тепловой защиты Единицы измерения Значение показателя для уровня нормирования

по санитарно-гигиеническому требованию минимально допустимое по требованию энергосбережения

а) приведённое сопротивление теплопередаче: наружных стен покрытия окон и витражей перекрытия над техподпольем входных дверей м2 • °С/Вт 0,85 1,07 0,44

б) удельная теплозащитная характеристика здания Вт/(м3 • °С) 0,249 0,156

в) минимальная температура на внутренней поверхности в зоне сопряжения оконного блока с наружной стеной °С 17,4 22,6

В табл. 2 условные значения показателя использованы при отсутствии нормируемого значения показателя для данного уровня нормирования.

Нормируемое значение удельной теплозащитной характеристики здания равно 0,196 Вт/(м3 • С), температура точки росы внутреннего воздуха равна 20,3 0С.

Анализ полученных результатов показывает, что при уровне нормирования ограждающих конструкций по санитарно-гигиеническому требованию не выполняются условия б) и в) п. 5.1 СП 50.13330.2012 для теплозащитной оболочки здания. При повышении поэлементного уровня теплозащиты до минимально допустимого по требованию энергосбережения теплозащитная оболочка здания отвечает нормативным требованиям.

В данном примере для обеспечения нормативных требований по тепловой защите здания была повышена теплозащита всех элементов оболочки. Следует отметить, что указанный способ не является единственным. Для обеспечения комплексного требо-

вания можно повысить теплозащиту отдельных элементов оболочки здания или применить более эффективную форму здания.

Итак, с целью совершенствования поэлементных требований тепловой защиты СП 50.13330.2012 для зданий с влажным и мокрым режимами предложено различать два уровня нормирования - по санитарно-гигиеническому требованию и требованию энергосбережения. Требование энергосбережения является более жёстким. Для обеспечения поэлементной теплозащиты применимы оба требования. Пример проекта здания плавательного бассейна показывает, что при уровне нормирования ограждающих конструкций по санитарно-гигиеническому требованию тепловая защита здания не обеспечивается. В этом случае для обеспечения комплексного требования необходимо повысить теплозащиту отдельных элементов оболочки здания или применить более эффективную форму здания.

Литература

1. Федеральный закон от 30 декабря 2009 г. № 384 ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».

2. Лукьянов В. И. Нестационарный массоперенос в строительных материалах и конструкциях при решении проблемы повышения защитных качеств ограждающих конструкций зданий с влажным и мокрым режимом: Дисс. д-ра техн. наук. - М., 1993. - 456 с.

3. Козлов В. А. Пути повышения эксплуатационных качеств наружных ограждающих конструкций зданий, имеющих помещения с влажным и мокрым режимами эксплуатации / / Academia. Архитектура и строительство. - 2010. - № 3. - С. 391-396.

4. Tagliafico L. A., Scarpa F., Tagliafico G., Valsuani F. An approach to energy saving assessment of solar assisted heat pumps for swimming pool water heating / / Energy and Buildings. 2012. Vol. 55. Pp. 833-840.

5. Harrington C. Modera M. Swimming pools as heat sinks for air conditioners: California feasibility analysis / / Energy and Buildings. 2013. Vol. 59. Pp. 252-264.

6. Sun P., Wu J. Y., Wang R. Z., Xu Y. X. Analysis of indoor environmental conditions and heat pump energy supply systems in indoor swimming pools / / Energy and Buildings. 2011. Vol. 43. Issue 5. Pp. 1071-1080.

7. Kampel W., Aas B., Bruland A. Energy-use in Norwegian swimming halls / / Energy and Buildings. 2013. Vol. 59. Pp. 181-186.

8. Shah M. M. Improved method for calculating evaporation from indoor water pools / / Energy and Buildings. 2012. Vol. 49. Pp. 306-309.

9. Woolley J., Harrington C., Modera M. Swimming pools as heat sinks for air conditioners: Model design and experimental validation for natural thermal behavior of the pool / / Building and Environment. 2011. Vol. 46. Issue 1. Pp. 187-195.

About thermal shield rating for buildings with humid and wet conditions

S. V. Kornienko,

Volgograd State University of Architecture and Civil Engineering,

PhD, associate professor

Clear recommendations concerning heat-transfer resistance rate choice for buildings with humid and wet conditions are not included in a revised edition of Construction Regulations "Buildings thermal shield". It means that suggestions about improvement of those buildings' heat-transfer resistance are duly. In the purpose of element-by-element thermal shield improvement the author offers two separate rates, i. e. sanitary and hygienic requirements and energy-economy requirements.

Keywords: thermal shield, humid conditions, wet conditions, energy savings, rating.