Оценка теплоэнергоэффективности ограждающих конструкций частного жилого дома

ковый камень в окнах ризалита. Такая форма окна характерна для архитектуры ренессанса. На втором и третьем этажах имеются навесные балконы с ажурными металлическими перилами, примыкающими к центральной части здания, которые поддерживаются кронштейнами.

Всё сказанное позволяет сделать вывод об архитектурном стиле, к которому относятся изучаемые исторические здания г. Минусинска, - это чистая эклектика, в которой пересекаются заимствованные элементы из готики, возрождения, барокко, классицизма и, конечно же, традиционные элементы русской архитектуры.

Изучение особенностей оформления фасадов исследуемых зданий позволило обнаружить следующие архитектурные элементы, представленные в таблице 2.

Таблица 2

Архитектурные элементы

Исследуемое здание Виды архитектурных деталей оформления фасадов

Спасский собор Раскреповка, пилястры, фронтоны, сандрики, ступенчатые фасады, валюты, башенки, тимпаны, поребрики

Дом Беловой Раскреповка, пилястры, фронтоны, сандрики, ступенчатые фасады, валюты, башенки

Здание военкомата Раскреповка, декоративные колонны

Дом Комесникова Раскреповка, пилястры, фронтоны, сандрики, ступенчатые фасады, валюты, башенки, тимпаны, поребрики

Дом Рогазинского Раскреповка, пилястры, фронтоны, сандрики, ступенчатые фасады, валюты, башенки, тимпаны, поребрики

Дом Метелкина Раскреповка, пилястры, фронтоны, сандрики, ступенчатые фасады, валюты, башенки

Дом Вильнера Раскреповка, пилястры, фронтоны, сандрики, декоративные колонны, ступенчатые фасады, карнизы, классические раскрепованные ордеры, валюты, поребрики, сандрики, капители, тимпаны, бифории, ризалит, русты, каннелюры, башенки

Новостройка 1 Декоративная кладка, валюты, карнизы

Новостройка 2 Декоративная кладка, валюты, карнизы

Проведённый анализ показал, что здания, построенные 100-200 лет назад, с точки зрения архитектурной выразительности выгодно отличаются от современных построек, которые имеют достаточно скучный, однообразный вид, не выделяющий здания на фоне общей городской застройки.

Библиографический список

1. Халимов, О. З. Дом Вильнера: инженерные обследования, геотехнический мониторинг / О. З. Халимов, Г. Г. Талапова, Л. Н. Ермолаева; Сибирский федеральный ун-т, ХТИ - филиал СФУ. - Абакан: Ред.-изд. сектор ХТИ - филиала СФУ, 2012. - 131 с.

© Курышев Е. Н., 2017

УДК 721.012

ОЦЕНКА ТЕПЛОЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ЧАСТНОГО

ЖИЛОГО ДОМА

Е. В. Логинова, М. О. Евдокименко

Хакасский государственный университет им. Н. Ф. Катанова

В статье рассматриваются критерии оценки теплоэнергоэффективности частного жилого дома с применением современных средств инструментального контроля. Авторами выявлены основные характеристики зданий, влияющие на теплотехнические качества ограждающих конструкций. В заключении работы приведены выводы по теплотехническому исследованию объекта.

Ключевые слова: теплосбережение, теплоэнергоэффективность, ограждающие конструкции, частный жилой дом, теплотехнический расчёт.

Актуальность теплосбережения в наши дни вызвана постоянно растущими ценами на электроэнергию, соответственно, важнейшей задачей теплосбережения в зданиях является снижение затрат тепла на отопление. Наряду с другими факторами, большую роль в теплосбережении играет повышение теплозащитных качеств ограждающих конструкций, то есть доведение приведённого сопротивления теплопередаче до нормативных величин, что положительно скажется на экономии энергоресурсов.

Повышение теплоэффективности зданий в последние десятилетия стало одним из основных направлений развития строительной индустрии. В настоящее время требования к используемым теплоизолирующим материалам постоянно повышаются, ужесточаются нормативы теплопроницаемости и смежных параметров отдельных строительных конструкций и сооружений в целом, поэтому ведутся разработки по улучшению теплозащиты эксплуатируемых зданий.

Теплоизоляция зданий и сооружений преследует несколько практических целей: повышение уровня комфортности, тепло- и звукоизоляции, экономия топливных ресурсов и сокращение эксплуатационных расходов. Очевидно, что теплоэнергоэффективность здания определяется совокупностью многих факторов. Результаты исследования литературных источников показывают, что при эксплуатации частного жилого дома через стены теряется до 40 % тепла, через окна - 18 %, подвал - 10 %, крышу - 18 %, вентиляцию -14 % (рис. 1). Поэтому приоритетной задачей для собственников домовладений является поиск решений минимизации теплопотерь, а следовательно, выбросов в атмосферу газов от сжигания твёрдого топлива

(основного продукта отопления нашего региона). Эту задачу возможно решить только при комплексном подходе к энергосбережению.

Объектом исследования явился двухэтажный газобетонный жилой дом 2000-го года постройки, расположенный в г. Абакане Республики Хакасия. Результаты фактических теплопотерь исследуемого здания приведены ниже в таблице 1. Анализ данных позволил классифицировать обследуемый объект как энергоёмкий [1], а значит, необходимо провести ряд мероприятий по эффективному утеплению ограждающих конструкций, что значительно повысит класс теплоэнергоэффективности.

Недостаточное термическое сопротивление ограждающих конструкций наиболее существенно снижает теп-лоэнергоэффективность зданий. Однако утеплением лишь ограждающих конструкций нельзя добиться значительного уменьшения теплопотерь, поскольку существенная их доля приходится на так называемые «мостики холода», то есть участки интенсивного теплообмена с окружающей средой [2]. Такие участки чаще всего образуются в местах контакта плит перекрытий с несущими стенами, в местах примыкания к наружным стенам внутренних стен и перегородок, в местах установки окон и дверей, на стыках панелей и др.

Рис. 1. Показатели теплопотерь жилого дома

Таблица 1

Фактические теплопотери ограждающих конструкций

Номер помещения Название помещения Расчётная температура наружного воздуха Ш Расчётная температура внутреннего воздуха1в Наименование ограждения Площадь ограждения м2 Ориентация ограждения Термическое сопротивление ограждения Коэффициент теплопередачи Основные теплопотери, Qвт Надбавки к основным тепло-потерям Общие теплопотери

на ориентацию на наличие угловых стен на обдувае-мость ветром на инфильтрацию общий добавочный коэффициент

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

1 этаж

1 Холл -40 18 НС 12,1 ЮВ 2,01 0,497512 349,1542 5 0 0 5 1,1 384,0697

-40 18 НС 4,005 ЮЗ 2,01 0,497512 115,5672 0 0 0 5 1,05 121,3455

-40 18 ОК 1,32 ЮЗ 0,8 1,25 95,7 0 0 10 5 1,15 110,055

Итого: 615,4702

2 Ванная -40 21 НС 6,25 СЗ 2,01 0,497512 189,6766 10 0 0 5 1,15 218,1281

Итого: 218,1281

3 Котельная -40 18 НС 5,95 ЮЗ 2,01 0,497512 171,6915 0 10 0 5 1,15 197,4453

-40 18 ДВ 1,8 ЮЗ 1,02 0,980392 102,3529 0 10 0 5 1,15 117,7059

-40 18 НС 4,75 СЗ 2,01 0,497512 137,0647 10 5 0 5 1,2 164,4776

Итого: 479,6288

4 Кухня -40 18 НС 10,44 ЮВ 2,01 0,497512 301,2537 5 10 0 5 1,2 361,5045

-40 18 ОК 1,56 ЮВ 0,8 1,25 113,1 5 10 10 5 1,3 147,03

-40 18 НС 4,63 СВ 2,01 0,497512 133,602 10 5 0 5 1,2 160,3224

-40 18 ОК 1,62 СВ 0,8 1,25 117,45 10 5 5 5 1,25 146,8125

Итого: 815,6694

5 Гостиная -40 18 НС 12,75 СЗ 2,01 0,497512 367,9104 10 5 0 5 1,2 441,4925

-40 18 НС 3,625 СВ 2,01 0,497512 104,602 10 5 0 5 1,2 125,5224

-40 18 ОК 3,125 СВ 0,8 1,25 226,5625 10 5 5 5 1,25 283,2031

Итого: 850,2181

2 этаж

6 Холл -40 18 НС 10,2 ЮВ 2,01 0,497512 294,3284 5 10 0 0 1,15 338,4776

-40 18 ДВ 1,8 ЮВ 1,02 0,980392 102,3529 5 10 0 0 1,15 117,7059

-40 18 НС 4,05 ЮЗ 2,01 0,497512 116,8657 0 10 0 0 1,1 128,5522

-40 18 ОК 1,2 ЮЗ 0,8 1,25 87 0 10 10 0 1,2 104,4

-40 18 ПЛ 0,048

Итого: 689,1357

Окончание табл. 1

7 Кабинет -40 18 НС 6,55 ЮЗ 2,01 0,497512 189,005 0 10 0 0 1,1 207,9055

-40 18 ОК 1,2 ЮЗ 0,8 1,25 87 0 10 10 0 1,2 104,4

-40 18 НС 12 СЗ 2,01 0,497512 346,2687 10 5 0 0 1,15 398,209

-40 18 ПЛ 0,048

Итого: 710,5144

8 Спальня -40 18 НС 11,68 ЮВ 2,01 0,497512 337,0348 5 10 0 0 1,15 387,59

-40 18 ОК 1,32 ЮВ 0,8 1,25 95,7 5 10 10 0 1,25 119,625

-40 18 НС 10,56 СВ 2,01 0,497512 304,7164 10 5 0 0 1,15 350,4239

-40 18 ОК 1,44 СВ 0,8 1,25 104,4 10 5 10 0 1,25 130,5

-40 18 НС 13 СЗ 2,01 0,497512 375,1244 10 5 0 0 1,15 431,393

-40 18 ПЛ 0,048 20,83333

Итого: 1419,532

1 этаж: 2979,114

2 этаж: 2819,182

Всего: 5798,297

Современные системы утепления предусматривают создание комплексной защиты с применением таких строительных материалов, которые позволят сделать конструкции наружных ограждений теплосберегающими [1; 3].

В ходе выполнении исследования нами были изучены исходные технические характеристики объекта, проведено его визуальное и инструментальное обследование, выполнен литературный обзор, изучена техническая и нормативная базы, проведена оценка теплоэффективности ограждающих конструкций. Результаты инстру-ментальнго контроля, проведённого на основе тепловизионной съёмки, выполнение теплотехнического расчёта ограждающей конструкции стены здания, произведённое проектирование тепловой эффективной защиты здания, разработка рекомендаций по устранению проблемы теплопотерь - всё это позволило существенно снизить затраты на отопление, следовательно, уменьшить объём выбросов газов в атмосферу.

С целью оценки теплоэнергоэффективности эксплуатируемых зданий нами определён его класс по данным измерения энергопотребления за отопительный период согласно ГОСТ 31168 - 2014 «Здания жилые. Метод определения удельного потребления тепловой энергии на отопление» [4]. На основании выводов предложены решения для достижения классов А и В с учётом экономической эффективности решений.

По СНиП [5] оценивались и устанавливались следующие параметры: а) несущими конструкциями здания являются наружные и внутренние стены; б) пространственная жёсткость здания обеспечивается совместной работой наружных и внутренних стен с дисками перекрытий; в) ограждающие конструкции здания жилого дома запроектированы без учёта требований [5; 6].

На основании предварительного осмотра здания вычерчен фасад (рис. 2), планы первого и второго этажей, визуально осмотрены основные части здания, оценены на «удовлетворительно» и «хорошо» состояние и условия содержания несущих конструкций здания, инструментально оценена теплотехническая характеристика ограждающих конструкций. Явных дефектов конструкций здания не выявлено.

•б,!»

Рис. 2. Схема мест ответственных узлов для тепловизионной съёмки фасада: а - частичное утепление угла здания и армопоясапенополистиролом толщиной 50 мм; б - армопояса 1 и 2 этажей в области перемычки; в - армопояса ограждающих конструкций в области окон; г - теплопотери в области входной двери «лево», д - тоже «право», е - тепловой узел.

По нормативным источникам выявлены следующие основные характеристики, влияющие на теплотехнические качества ограждающих конструкций:

1) по данным, приведённым в таблице 2, установлен влажностный режим помещений в холодный период года в зависимости от относительной влажности и температуры внутреннего воздуха [5];

2) по данным таблицы 3 установлены условия эксплуатации ограждающих конструкций классов А или Б в зависимости от влажностного режима помещений и зон влажности района строительства для выбора теплотехнических показателей материалов наружных ограждений [5];

Таблица 2

Влажностный режим помещений зданий

Режим Влажность внутреннего воздуха, %, при температуре, °С

До 12 Св. 12 до 24 Св. 24

Сухой До 60 До 50 До 40

Нормальный Св. 60 до 75 Св. 50 до 60 Св. 40 до 50

Влажный Св. 75 «60» 75 «50» 60

Мокрый - Св. 75 Св. 60

Таблица 3 Условия эксплуатации ограждающих конструкций

Влажностный режим помещений зданий (по табл. 2) Влажность внутреннего воздуха, %, при температуре, °С

Сухой Нормальный Влажный

Сухой А А Б

Нормальный А Б Б

Влажный или мокрый Б Б Б

3) зоны влажности территории России принимались по рисунку 3 [5];

Рис. 3. Карта зон влажности

4) энергетическая эффективность жилых и общественных зданий устанавливается в соответствии с классификацией по таблице 4 [5]. Исследуемый объект - частный жилой двухэтажный дом - соответствует классу Е и характеризуется как очень низкий; следовательно, здание относится к объектам, требующим утепления в ближайшей перспективе.

Для достижения классов А и В органам администраций субъектов Российской Федерации рекомендуется применять меры по экономическому стимулированию участников проектирования и строительства. Классы D и Е устанавливают при эксплуатации возведённых до 2000 года зданий с целью разработки органами администраций субъектов Российской Федерации очерёдности и мероприятий по реконструкции этих зданий. Классы для эксплуатируемых зданий следует устанавливать по данным измерения энергопотребления за отопительный период согласно требованиям источника [5];

Таблица 4

Классы энергетической эффективности зданий

Обозначение класса Наименование класса энергетической эффективности Величина отклонения расчётного (фактического) значения удельного расхода тепловой энергии на отопление здания q¡ílгsо^ нормального, % Рекомендуемые мероприятия органов администрации субъектов РФ

Для новых и реконструированных зданий

А Очень высокий Менее минус 51 Экономическое стимулирование

В Высокий От минус 10 до минус 50 То же

С Нормальный От плюс 5 до минус 9 -

Для существующих зданий

D Низкий От плюс 6 до плюс 75 Желательна реконструкция здания

Е Очень низкий Более 76 Необходимо утепление здания в ближайшей перспективе

5) роза ветров для г. Абакана [5] - векторная диаграмма, характеризующая в метеорологии и климатологии режим ветра в данном месте по многолетним наблюдениям. Роза ветров, построенная по реальным данным наблюдений, позволяет выявить направление преобладающего ветра, со стороны которого чаще всего приходит воздушный поток в данную местность.

Виды обследований зависят от целей их проведения. При предварительном обследовании особое внимание нами уделено таким характеристикам, как возраст дома (16 лет); проанализированы условия содержания элементов здания, при этом отступлений от правил его эксплуатации не зафиксировано. Исследованы также теп-ловлажностный и аэрационный режимы чердачного и подвальных помещений, состояние фасадов и перекрытий. При предварительном обследовании не обнаружены серьёзные дефекты и повреждения, что позволяет признать состояние здания как технически работоспособное.

Техническое или детальное обследование необходимо в связи с тем, что частный жилой дом, на основании данных таблицы 4, соответствует классу Е и характеризуется как очень низкий, что требует инструментального подтверждения. Детальное обследование здания сосредоточено на выявленной проблеме, то есть необходимо тепловизионное обследование дома. Эта работа выполнялась с помощью тепловизора FLIR i5 .

Нередко тепловизионная съёмка позволяет выявить скрытые дефекты. Локализация этих повреждений даёт возможность устранить их с минимальными затратами. При этом не только снижаются теплопотери, но и повышается прочность постройки, что благоприятно сказывается на её долговечности.

Дефекты теплоизоляции могут быть следствием нарушения строительной технологии, износа здания либо присутствовать в одном из используемых при строительстве готовых узлов. Обычное визуальное обследование чаще всего не даёт возможности вовремя обнаружить большинство из них, и только значительные расходы на отопление или постоянная сырость и холод могут подтолкнуть на поиск источников проблемы.

Тепловизионное обследование позволяет визуализировать работу отопительной системы и определить её достоинства и недостатки. С его помощью легко определить, насколько равномерно обогревается здание, какова эффективность отопления и сколько тепла теряется. Исходя из полученных данных, можно с помощью соответствующих специалистов устранить обнаруженные недостатки и повысить КПД системы до максимально возможного уровня.

Методика тепловизионного обследования заключается в съёмке объекта с помощью камеры, снимающей в инфракрасном диапазоне [6]. Стоит отметить, что объект не требует никакой специальной подготовки перед проведением такого обследования, но лишь в том случае, если съёмка проводится в холодное время года. Результатом применения этого метода являются снимки, отображающие в цвете температуру в здании, проблемные с точки зрения потери тепла зоны, состояние теплоизоляции ограждающих конструкций. На них чётко видно, какие места являются причинами потери тепла.

Тепловизионное обследование жилого дома (рис. 4, 5) проводилось 9 и 10 марта 2016 года. Температура наружного воздуха составила:

- 09.03.16 - 21 оС, давление 740 мм. рт. ст. Облачность - ясно. Ветер северо-западный, 2 м/с. Термограммы тепловизионной съёмки мест ответственных узлов представлены на рисунке 4а-е;

- 12,5 оС, давление 737 мм. рт. ст. Местами облачно. Ветер северо-западный, 2 м/с. Термограммы тепловизионной съёмки ответственных узлов внутри здания представлены на рисунке 5а-е.

Анализ результатов проведённых исследований по тепловизионной съёмке позволяет сделать следующие выводы (рис. 4, 5):

Рис. 4. Тепловизионные термограммы мест ответственных узлов фасада: а - частичное утепление угла здания и армопоясапенополистиролом толщиной 50 мм; б - армопояса 1 и 2 этажей в области перемычки; в - армопояса ограждающих конструкций в области окон; г - теплопотери в области входной двери «лево», д - то же «право», е - тепловой узел.

1. Термограммы наружных поверхностей фасада содержат значительные отличия по цветовой гамме, что свидетельствует о дефектах, допущенных при выполнении работ по монтажу утеплителя или о существенном износе конструкции панелей (наличие щелей между плитами утеплителя, изменение структуры утеплителя, следствием чего является снижение теплотехнических характеристик).

2. На термограммах ограждающих конструкций выделяются аномальные зоны: сопряжения наружных стен и плит перекрытия (потолков) и наружных стен с полами; участок в районе подоконных досок и створок оконных заполнений; притворов дверей и оконных створок; армопоясов и перемычек.

В результате детального обследования ограждающих конструкций и узлов установлены следующие факты:

- притворы оконных и дверных блоков плохо отрегулированы;

- щели между уплотнителем рам и створками составляют местами до 2 мм;

- цокольный узел имеет низкое термическое сопротивление;

- выполненные при монтаже узлы оконных сливов создают мостики холода, что вызывает снижение температуры поверхности нижней части оконных рам.

0МЙ

Рис. 5. Тепловизионные термограммы ответственных узлов (вид внутри дома): а - туалетная комната; б - окно металлопластиковое; в - внутренний угол (стык стены с потолком);

г - внутренний угол; д - утеплённый участок

В результате обследования сделан вывод: тепловая защита здания не соответствует требованиям СНиП 23-02-2003 по величине сопротивления теплопередаче отдельных ограждающих конструкций и санитарно-гигиеническому показателю, предъявляемому к температурному перепаду между температурой воздуха внутри и вне внутренних поверхностей ограждающих конструкций.

6.

Библиографический список

СП 23-101-2004 Проектирование тепловой защиты зданий. - URL: http://meganorm.rU/Data2/1/4294813/4294813064.pdf (дата обращения: 02.06.2017).

Богословский, В. Н. Строительная теплофизика: учебник / В. Н. Богословский, Л. А. Петров. - М.: Высшая школа, 1982. - 415 с. ГОСТ 9573-2012 Плиты из минеральной ваты на синтетическом связующем теплоизоляционные. Технические условия. - URL: http://docs.cntd.ru/document/1200101613 (дата обращения: 02.06.2017).

ГОСТ 31168 - 2014 Здания жилые. Метод определения удельного потребления тепловой энергии на отопление. - URL: http://files.stroyinf.rU/Data2/1/4293769/4293769869.pdf (дата обращения: 02.06.2017).

СП 131.13330.2012 Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*. - URL: http://nostroy.ru/nostroy_archive/nostroy/698304440-SP%20131.13330.2012(dlya%20oznakomleniya).pdf (дата обращения: 02.06.2017). СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий. - URL: http://docs2.cntd.ru/document/1200035109 (дата обращения: 02.06.2017).

© Логинова Е. В., Евдокименко М. О., 2017

4

5