Технико-экономическое обоснование термомодернизации жилых зданий в современных условиях

Научно-технический и производственный журнал

-------ЖИЛИЩНОЕ ---

СТРОИТЕЛЬСТВО

Heat protection of buildings

УДК 69.01:332.834

О.Д. САМАРИН, канд. техн. наук

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет

Технико-экономическое обоснование термомодернизации жилых зданий в современных условиях

Рассмотрена экономическая целесообразность повышения теплозащиты наружных ограждений существующих жилых зданий в ходе их термомодернизации на основе требований СП 50.13330.2012 в современных условиях. Приведены результаты расчетов удельной теплозащитной характеристики, капитальных затрат на теплоизоляцию и расходов на тепловую энергию при различных значениях сопротивлений теплопередаче основных наружных ограждений для группы жилых зданий. Дан анализ полученных данных и выявлены условия окупаемости повышения теплозащиты до минимального уровня по СП 50.13330.2012 с использованием совокупных дисконтированных затрат при определении эксплуатационных расходов на теплоту, соответствующих климатическим условиям отопительного периода, нормируемым в СП 131.13330.2012. Проведено сравнение результатов вычислений с выводами, сделанными на основе предыдущих исследований автора для повышения теплозащиты до базового уровня по СП 50.13330.2012.

Ключевые слова: реконструкция, сопротивление теплопередаче, удельная теплозащитная характеристика здания, капитальные затраты, срок окупаемости.

A.D. SAMARIN, Candidate of Sciences

Technical and Economical Evaluation of Thermo-Modernization of Residential Buildings under Modern Conditions

Economic expediency of improving the heat protection of external enclosures of existing residential buildings in the course of their thermo-modernization on the basis of requirements of SP 50.13330.2012 under modern conditions is considered. Results of the calculation of the specific heat protection characteristic, capital expenditures for heat insulation, and expenditures for heat energy at different values of resistance to heat transfer of main external enclosures for the group of residential buildings are presented. The data obtained were analyzed, the conditions of cost recovery of heat protection improvement up to the minimal level according to SP 50.13330.2012 with the use of total discounted expenditures when determining the operation cost of heat corresponding to climatic conditions of the heating period regulated in SP131.13330.2012 have been identified.

Keywords: reconstruction, resistance to heat transfer, specific heat protection characteristic of building, capital expenditure, cost recovery time.

В последнее время в соответствии с программой реконструкции существующего жилищного фонда, построенного в 1950-1980-е гг. с применением ранее действовавших норм по теплозащите, в Москве в значительных масштабах производятся работы по дополнительному утеплению наружных стен, в ряде случаев также в сочетании с заменой остекления на более энергоэффективное. Особенно данные мероприятия становятся актуальными, в связи с принятием 23 ноября 2009 г. Федерального закона «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» № 261-ФЗ.

При такой модернизации снижаются расчетные те-плопотери здания и, следовательно, уменьшается требуемая мощность отопительных приборов в помещениях и потреб-ление тепловой энергии от источника теплоснабжения. Однако сама по себе подобная реновация сопровождается существенными дополнительными капитальными затратами, требующими технико-экономического обоснования.

Рассмотрим сравнение двух вариантов устройства наружных ограждений в жилых зданиях, расположенных в Москве. В первом варианте рассматривается сопротивление теплопередаче по требованиям нормативов, действовавших на момент строительства, а именно СНиП 11-3-79* «Строительная теплотехника». Во втором варианте используется минимально допустимый уровень теплозащиты в соответствии с актуализированной редакцией СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» -СП 50.13330.2012. Данный документ позволяет принимать сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций Ro, м2К/Вт, с использованием региональных коэффициентов тр, корректирующих базовое значение Ro, назначаемое по величине градусо-суток отопительного периода ГСОП в районе строительства. Минимальные значения тр составляют 0,63 для наружных стен; 0,8 - для полов и потолков; 0,95 - для светопрозрачных конструкций. Результаты вычислений Ro сведены в табл. 1.

Для повышения достоверности выводов дальнейшие расчеты были осуществлены для двенадцати характерных

52016

31

Тепловая защита зданий

------ЖИЛИЩНОЕ ---

строительство

Научно-технический и производственный журнал

Таблица 1

Сопротивления теплопередаче основных ограждающих конструкций по сравниваемым вариантам

Вариант Наружная стена Пол над подвалом Покрытие Окна

теплозащиты mp Д, mp Д, mp Д, mp Д,

1 - 0,862 - 1,552 - 1,164 - 0,42

2 0,63 1,972 0,8 3,3 0,8 3,737 0,95 0,501

Таблица 2

Характеристики зданий, использованных в расчетах

№ здания 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Аст 5389 2962 3024 2498 3227 2729 4845 8233 16634 5060 3627 18214

Апл 759 389 930 844 467 710 755 1077 1688 535 398 1019

А 759 389 930 844 467 710 755 1077 1688 535 398 1019

Аок 1043 504 720 558 648 520 1134 1609 4737 1952 754 4949

Ат 4905 2714 3593 2592 3045 2599 5298 7411 20282 4859 2827 12610

А 3695 1888 2436 1816 2325 1911 3778 5542 14083 3394 1808 8270

Абщ 5976 3164 4160 2999 3719 3175 5964 9926 27254 7103 3735 15091

h„, м 2,76 2,76 2,76 2,76 2,76 2,76 2,76 2,76 3 3 3 3

П3т 9 9 5 5 9 5 9 9 18 16 10 18

Аст, Лпл, Лш и ЛОк - соответственно площади наружных стен, пола над подвалом, чердачного перекрытия или бесчердачного покрытия, м2, принимаемые по строительным чертежам [1]; АЛжил и ЛОбщ - отапливаемая, жилая и общая площадь зданий, м2; h„ и и„ - высота этажа от пола до потолка и число этажей соответственно.

Таблица 3

Результаты определения энергетических и технико-экономических показателей для группы жилых зданий

№ здания кОб 7 11 коб коб ДКИ ДЭИ То, г. Ток, г.

1 0,645 0,36 0,396 768 133,6 5,75 10,77

2 0,617 0,339 0,442 735,6 130,6 5,63 10,34

3 0,58 0,323 0,418 758,4 119,7 6,34 13,34

4 0,665 0,365 0,446 889,1 139,8 6,36 13,46

5 0,63 0,353 0,432 750 129,6 5,79 10,92

6 0,665 0,361 0,446 861,5 141,8 6,08 12,11

7 0,571 0,327 0,391 677,9 114,1 5,94 11,52

8 0,649 0,364 0,371 766,4 133,9 5,73 10,68

9 0,488 0,292 0,325 589 98,8 5,96 11,62

10 0,697 0,439 0,391 821,8 129,8 6,33 13,31

11 0,697 0,396 0,432 867,6 152,1 5,7 10,6

12 0,821 0,494 0,342 956,9 165,8 5,77 10,85

4 и кОб - фактическая удельная теплозащитная характеристика здания, Вт/(м3-К), получаемая в результате расчета. По определению она равна отношению суммарных теплопотерь за счет теплопередачи через наружные ограждающие конструкции к отапливаемому объему здания V,, м3, и к расчетной разности температур внутреннего и наружного воздуха, оС. Параметр К Об представляет собой нормируемое значение данной характеристики в соответствии с требованиями СП 50.13330.2012. Он используется для выявления возможности снижения теплозащиты, потому что для этого должно выполняться условие кОб < кОб.

жилых зданий различной этажности (от 5 до 18 этажей) с разными размерами и площадью [1]. Конструктивные параметры зданий приведены в табл. 2.

Результаты дальнейших вычислений, выполненных с использованием методики СП 50.13330.2012, сведены в табл. 3. Вследствие значительного объема вычислений и их однотипного характера была разработана программа для ЭВМ. Аналогичные вопросы, но с несколько иными исходными данными и с большим акцентом на оптимизацию расходов первичного топлива и, как следствие, выбросов парниковых газов в последнее время рассматривались и за рубежом, например, в публикациях [2-4].

Как показывает табл. 3, это имеет место для всех зданий, кроме 10-го и 12-го.

Величина ДКуд - это удельные дополнительные капитальные затраты на 1 м2 отапливаемой площади (сумма затрат на дополнительную теплоизоляцию и замену остекления), р./м2; ДЭуд - удельное снижение эксплуатационных затрат за счет энергосбережения (также на 1 м2 отапливаемой площади), р./м2; Т0 - бездисконтный срок окупаемости, г. Значения ДКуд и ДЭуд вычисляются исходя из среднерыночной стоимости теплоизоляционных материалов и тарифов на тепловую энергию в Москве; Т0=ДКуд/ДЭуд. Дисконтированный срок Ток определяется с учетом нормы дисконта р, которая принимается на уровне действующей ставки банковского кредита. Например, средний уровень текущей ставки ипотечного кредитования Сбербанка РФ для различных категорий клиентов

Научно-технический и производственный журнал

Heat protection of buildings

применительно к объектам недвижимости, построенным без участия его кредитных средств (по данным http:// www.ipotek.ru/sber_gotovoe_jilie.php), 12,5% годовых [5-7]. Тогда

-1п

ок 1п

Из табл. 3 легко видеть, что значение Ток для рассматриваемой группы зданий лежит в пределах 10-13 лет. Это довольно значительная величина, поэтому исследуемый комплекс мероприятий по термомодернизации трудно назвать малозатратным и быстроокупаемым, однако в существующих условиях и при имеющемся подходе к интерпретации размеров срока окупаемости полученный результат, вероятно, следует признать удовлетворительным. Подчеркнем, однако, что приведенная оценка относится к повышению теплозащиты ограждений только до минимального уровня, допускаемого СП 50.13330.2012. При доведении сопротивлений теплопередаче до базовых значений, определяемых числом градусо-суток отопительного периода в районе строительства, результаты получаются существенно иными, что было показано автором в [8], а также в ряде других источников.

Список литературы

1. Самарин О.Д. Обоснование снижения теплозащиты ограждений с использованием актуализированной редакции СНиП 23-02-2003 // Жилищное строительство. 2014. № 3. С. 46-48.

2. Liu G., Liu H. Using Insulation in China's Buildings: Potential for Significant Energy Savings and Carbon Emission Reductions // Low Carbon Economy. 2011. Vol. 2. No. 4. Р. 220-223.

3. Jedinak R. Energy Efficiency of Building Envelopes // Advanced Materials Research. Vol. 855. 2013. P. 39-42.

4. Hou Hua Wang, Tao Zhang, Qiu Lian Xiao. Experimental Study of Energy Saving Effect of Building Envelope in Winter // Applied Mechanics and Materials (Vols. 121-126). 2011. P. 2741-2747.

5. Гагарин В.Г. Экономический анализ повышения уровня теплозащиты ограждающих конструкций зданий // Строительные материалы. 2008. № 8. С. 41-47.

6. Гагарин В.Г. Макроэкономические аспекты обоснования энергосберегающих мероприятий при повышении теплозащиты ограждающих конструкций зданий // Строительные материалы. 2010. № 3. С. 8-16.

7. Дмитриев А.Н., Табунщиков Ю.А., Ковалев И.Н., Шил-кин Н.В. Руководство по оценке экономической эффективности инвестиций в энергосберегающие мероприятия. М.: АВОК-ПРЕСС, 2005. 120 с.

8. Самарин О.Д. Еще раз о целесообразности повышения теплозащиты несветопрозрачных ограждений зданий // Строительные материалы. 2013. № 9. С. 56-59.

References

1. Samarin O.D. Substantiation of decrease of thermal performance of building enclosures using the actualized edition of the SNiP 23-02-2003. Zhilishchnoye Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2014. No. 3, рр. 46-48. (In Russian).

LiuG., Liu H. Using Insulation in China's Buildings: Potential for Significant Energy Savings and Carbon Emission Reductions. Low Carbon Economy. 2011. Vol. 2. No. 4, pp. 220-223.

Jedinak R. Energy Efficiency of Building Envelopes. Advanced Materials Research. 2013. Vol. 855, pp. 39-42. Hou Hua Wang, Tao Zhang, Qiu Lian Xiao. Experimental Study of Energy Saving Effect of Building Envelope in Winter. Applied Mechanics and Materials. 2011. Vols. 121126), pp. 2741-2747.

Gagarin V.G. Economical analysis of increase of thermal performance level of building enclosures. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2008. No. 8, pp. 41-47. (In Russian).

Gagarin V.G. Macroeconomic features of justification of energy saving measures during increase of thermal performance of building enclosures. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2010. No. 3, pp. 8-16. (In Russian). Dmitriyev A.N., Tabunshchikov Yu.A., Kovalyov I.N., Shilkin N.V. Manual according to an economic efficiency of the investments in energy saving measures. Moscow: AVOK-PRESS. 2005. 120 p. (In Russian). Samarin O.D. Once more on expedience of increase of thermal performance of non-transparent enclosures. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2013. No. 9, pp. 56-59. (In Russian).

5'2016

33

Информация

цн .1

Научно-технический и производственный журнал

Теплоизоляция первых и цокольных этажей

При возведении любого здания особое внимание уделяют прочности и надежности его заглубленных конструкций, которым приходится не только выдерживать на себе вес всей постройки, но и постоянно подвергаться воздействию негативных факторов окружающей среды: давлению грунта, действию грунтовых вод, сил морозного пучения и др. Однако, выбрав надежные и высокопрочные материалы для фундамента дома, не стоит забывать о цокольной части и первых этажах здания, которые также подвергаются воздействию неблагоприятных факторов на протяжении всего срока эксплуатации.

Одним из основных элементов защиты конструкции здания является его теплоизоляция. К утеплителю для цоколя и стен первого этажа должны предъявляться особо жесткие требования, что продиктовано режимом эксплуатации данных ограждающих конструкций.

Особенно остро стоит данная проблема в системах вентилируемых и штукатурных фасадов с утеплением мин-ватой цокольных и первых этажей, которые максимально подвергаются воздействию увлажняющих факторов.

- Растепление снежного массива неизбежно увлажняет конструкции как по принципу капиллярного всасывания, так и через возможные стыки.

- Попадание влаги в конструкцию через стыки, трещины или иные нарушения однородности и герметичности облицовочного слоя как по средствам естественных воздействий, таких как дождь, снег, так и в результате поливов газонов и брызг с проезжей части.

- Естественное сорбционное увлажнение (например, туман).

В процессе эксплуатации зданий влажностное состояние материалов ограждающих конструкций определяет эксплуатационные характеристики ограждающих конструкций здания, непосредственно влияет на тепло-

защитные свойства и на энергоэффективность применяемых систем теплоизоляции.

Стационарная методика оценки влажностного режима, разработанная специалистами НИИСФ РААСН, позволяет проверить конструкцию по условиям недопустимости накопления влаги в ней за годовой период эксплуатации и ограничения влаги за период с отрицательными средними месячными температурами наружного воздуха. Основным результатом расчетов влажностного режима ограждающих конструкций по нестационарным методикам является распределение влаги по толщине конструкции в любой момент времени после начала эксплуатации здания. Этот результат может дать ответы на частные задачи, в том числе определение значения эксплуатационной влажности строительных материалов.

Лабораторией строительной теплофизики НИИСФ РААСН в 2013-2014 гг. была проведена работа, направленная на определение эксплуатационной влажности основных типов теплоизоляционных материалов в наиболее популярных фасадных системах в различных климатических зонах России.

В табл. 1 представлены значения эксплуатационной влажности утеплителей после месяца наибольшего вла-гонакопления в годичном цикле.

Из представленных в табл. 1 значений можно сделать следующие выводы: в фасадных ватных материалах (средняя плотность 130 кг/м3) содержание влаги, накопленной в процессе эксплуатации, составляет около 1 л/м3. У фасадного пенопласта (средняя плотность 15 кг/м3) этот показатель достигает 0,5 л/м3. Столь значительное увлажнение резко ухудшает теплоизолирующую способность фасадной системы и существенно снижает долговечность конструкции в целом.

Согласно значениям эксплуатационной влажности из табл. 1, составлена табл. 2 со значениями прираще-

Эксплуатационная влажность после месяца наибольшего влагонакопления

Эксплуатационная влажность, Wэ, мас. %

Таблица 1

Материал Москва Санкт-Петербург Екатеринбург Новосибирск Владивосток Краснодар

Минеральная вата 0,79 0,87 0,80 1,11 0,53 0,75

Пенопласт(EPS) 2,59 2,62 3,58 4,49 2,3 1,82

Экструдированный пенополистирол (XPS) 0,32 0,35 0,24 0,28 0,23 0,38

Таблица 2 Приращение теплопроводности (уменьшение критерия энергоэффективности) в зимний период

Материал Приращение теплопроводности (уменьшение критерия энергоэффективности), %

Москва Санкт-Петербург Екатеринбург Новосибирск Владивосток Краснодар

Минеральная вата 3,16 3,48 3,2 4,44 2,12 3

Пенопласт 7,77 7,86 10,74 13,45 6,90 5,46

XPS 1,12 1,23 0,84 0,98 0,80 1,33

Научно-технический и производственный журнал

Information

Схема теплоизоляции цокольного и первого этажа с применением плит ПЕНОПЛЭКС

нии теплопроводности теплоизоляционных материалов (уменьшения их критерия энергоэффективности) в зимний период.

На первых этажах зданий перепад давления по разные стороны от ограждающей конструкции больше, чем на средних этажах и тем более на верхних этажах, поэтому в данной зоне повышена инфильтрация воздуха через стены. По этой причине помещения на нижних этажах требуют большей теплозащиты. Таким образом, при условии сохранения одинаковой толщины теплоизоляции на всю высоту здания на первых этажах требуются более эффективные утеплители. Теплопроводность экструдированного пенополистирола практически неизменна, поэтому его применение на первых этажах способствует решению вышеизложенной проблемы.

Не стоит забывать и о скрытых угрозах, связанных с утратой должной биостойкости увлажненным слоем теплоизоляции фасадной системы. Влажный утеплитель -это благотворная среда для развития плесени и других микроорганизмов.

По этой причине помещения на нижних этажах требуют использования преимущественно влаго- и биостойких теплоизоляционных материалов с низким водо-поглощением.

Силами специалистов технического отдела ООО «ПЕНОПЛЭКС СПб» была разработана вандалоу-стойчивая, а также стойкая к различным микологическим факторам фасадная система ФАСАД PRO, состоящая из нескольких компонентов, которые в совокупности обеспечивают надежность системы и теплоизоляцию здания (см. рисунок). При этом чрезвычайно важным аспектом является применение в данной системе надежного влаго- и биостойкого утеплителя ПЕНОПЛЭКС.

Данная фасадная система имеет подтвержденный заключением № 330-16 от 25.01.2016 г. ФГБУ ВНИИПО МЧС России класс пожарной опасности К0, что позволяет применять систему на зданиях и сооружениях всех степеней огнестойкости, за исключением зданий и сооружений классов функциональной пожарной опасности Ф1.1 и Ф4.1 (детские сады, школы, дома престарелых).

Плиты ПЕНОПЛЭКС обладают следующим рядом преимуществ для широкого применения их на первых этажах зданий и сооружений:

- низким коэффициентом теплопроводности (Х=0,032 Вт/(м-К)), что позволяет обеспечить высокий уровень теплозащиты при достаточно тонком слое теплоизоляции;

- практически нулевым водопоглощением за счет замкнутой ячеистой структуры материала;

- биостойкостью, не подвержены биоразложению, а это значит, что никакой опасности при контакте материала с водой и почвой не возникает;

- прочностью при сжатии не менее 20 т/м2, он не крошится и не сыплется ни в процессе монтажа, ни в течение всего срока службы;

- долговечностью более 50 лет.

Компания «ПЕНОПЛЭКС» провела испытание теплоизоляционных плит в Научно-исследовательском институте строительной физики РААСН для определения долговечности материала в реальных условиях эксплуатации. Результаты испытаний показали, что материал сохраняет свои свойства в течение как минимум 50лет.

Совокупность вышеперечисленных качеств фасадной системы «ФАСАД PRO» с эффективной теплоизоляцией ПЕНОПЛЭКС доказывает, что она является оптимальным выбором для систем утепления первых и цокольных этажей.

А.В. Жеребцов, руководитель технического отдела компании «ПЕНОПЛЭКС СПб»

52016

35