Нормирование сопротивления теплопередаче

Энерго- и ресурсосбережение является задачей мирового масштаба, решением которой ученые, проектировщики и эксплуатационники занимаются на протяжении многих лет. За рубежом улучшение теплозащиты эксплуатируемых зданий возникло как следствие энергетического кризиса 70^х годов. Это было связано с большим потреблением энергоресурсов, идущих на отопление зданий, что составляло в некоторых странах до 50 % общей расходуемой энергии. Данные обстоятельства привели к тому, что в большинстве зарубежных стран с 1976 г. нормируемые величины теплозащиты ограждающих конструкций увеличились в 2...3,5 раза, рис. 2.

Рисунок №2. Динамика изменения требуемого сопротивления теплопередаче в различные периоды в различных странах: 1. Дания (t_н=-15 ^оС); 2. Франция (t_н=-15 ^оС); 3. Германия (t_н=-18 ^оС); 4. Нидерланды (t_н=-17 ^оС); 5. Италия (t_н=-10 ^оС); 6. Норвегия (t_н=-35 ^оС); 7. Швеция (t_н=-30 ^оС); 8. Великобритания (t_н=-19 ^оС); 9. Россия (Москва) (t_н=-26 ^оС);

В нашей стране уровень тепловой защиты здания наружными стенами оставался почти без изменений до 1994 года. Он определялся нормированием величины сопротивления теплопередаче R₀, которое было основано на принципах обеспечения санитарно-гигиенических требований внутри помещения и ограничения теплопотерь в отопительный период при минимуме приведенных затрат на возведение ограждения и его эксплуатацию. Поэтому, при проектировании наружного ограждения должны были соблюдаться два условия:

- сопротивление теплопередаче R₀ во всех случаях должно быть не менее требуемого по санитарно-гигиеническим условиям сопротивления теплопередаче R₀^тр;

-сопротивление теплопередаче ограждения R₀ принимается равным экономически целесообразному сопротивлению R₀^эк, определяемому из условия обеспечения наименьших приведенных затрат.

Выполнение расчетов по определению R₀^эк связано с большим объемом работ и затрат времени на вычисление и определение исходных величин и, поэтому, производилось редко. Для упрощения расчетов, следуя указаниям Госстроя СССР, к величинам требуемых сопротивлений теплопередаче R₀^трвводили повышающие коэффициенты. Они принимались в зависимости от назначения здания, его капитальности, возможностей заказчика и других экономических и социальных факторов. Величина коэффициентов колебалась от 1,1 до 2,0.

При определении экономически целесообразного сопротивления теплопередаче R₀^эк учитывались потери тепла за счет инфильтрации воздуха, стоимость тепловой энергии, стоимость материала теплоизоляционного слоя многослойной конструкции, отпускные цены на ограждающие конструкции, стоимость их транспортирования и монтажа.

Следует отметить, что нормирование сопротивления теплопередаче стены по санитарно-гигиеническим требованиям было основано на принципе обеспечения минимально допустимых комфортных условий внутри помещений и производилось с учетом тепловой инерции D ограждающих конструкций и расчетной зимней температуры наружного воздуха, которая принималась в соответствии со СНиП 2.01.01-82. «Строительная Климатология и геофизика»[2].

Как показала практика, даже небольшие ошибки, допускаемые при конструировании, изготовлении, монтаже и эксплуатации ограждающих конструкций вели к понижению температуры на внутренней поверхности стен ниже допустимой, что зачастую приводило к выпадению конденсата.

Такой принцип нормирования и допускаемые ошибки привели к тому, что в среднем по стране на 1 м² отопления общей площади жилого здания необходимо порядка 88 кг условного топлива в год, что превышает аналогичный показатель в странах, находящихся в сопоставимых с Россией климатических условиях в 2,5...3 раза.

Госстрой России постановлением № 18-81 от 11 августа 1995 г. утвердил и ввел в действие с 1 сентября 1995 г. «Изменение № 3 СНиП II-3-79** «Строительная теплотехника»» [3], требующее существенного повышения уровня теплозащиты новых и реконструируемых зданий путем увеличения сопротивления теплопередаче в 2:3,5 раза, что позволяет снизить теплопотребление в зданиях на 20...30 %.

Данные изменения в СНиП привели к необходимости совершенно новых подходов в конструировании, технологии изготовления и монтажа ограждающих конструкций. Часто встречается мнение, что для достижения нового нормативного сопротивления теплопередаче ограждения необходимо увеличить его толщину на определенную величину, связанную только с теплофизическими характеристиками материалов. Это мнение ошибочно, поскольку изменился сам принцип нормирования.

Согласно новым нормам, приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций следует принимать не менее требуемых значений R₀^тр, определяемых исходя из условий энергосбережения, а так же санитарно-гигиенических и комфортных условий. Величина требуемого сопротивления теплопередаче стен, определяемая из условий энергосбережения по значению градусо-суток отопительного периода (ГСОП), больше величины, определяемой исходя из санитарно-гигиенических и комфортных требований. Это привело к тому, что в настоящее время нормируемая величина сопротивлениятеплопередаче ограждающих конструкций определяется средней температурой наружного воздуха и продолжительностью отопительного периода.

Изменения в подходе к нормированию сказываются на распределении R₀^трпо районам РФ. С целью сопоставления изменений сопротивления теплопередаче построены карты его распределения для наружных стен на территории России до и после 1996 г. (рисунок №3 а, б).

На основании данных карт установлено, что изолинии сопротивления теплопередаче до 1996 г. не имеют строгого характера распределения (рисунок №3, а). Это связано с тем, что при их построении для определения R₀^триспользовалась зависимость, все члены которой имели постоянные значения за исключением расчетной зимней температуры наружного воздуха. Она определялась по СНиП 2.01.01-82 «Строительная Климатология и геофизика» [2], в которых значения расчетной температуры приняты на основании статистических данных, получаемых с метеорологических станций за 30:50 лет. Непостоянный характер распределения температуры наружного воздуха определяет такое же распределение R₀^тр.

Рисунок №3. Схематические карты распределения требуемого сопротивления теплопередаче (R₀^тр, м² °С/Вт) до 1996 г. (а) и после (б), а также распределение толщины дополнительного теплоизоляционного слоя (d, м) из минеральной ваты (в) с коэффициентом теплопроводности l(лямбда)= 0,047 Вт/(м² °С), плотностью 50 кг/м³.

Требуемое сопротивление теплопередаче после 1996 г. не только увеличилось в несколько раз, а изолинии приобрели более строгий характер распределения, но они еще изменили свое направление (рисунок №3, б). Это можно обосновать тем, что при определении R₀^тр используются две величины, изменяющиеся в зависимости от района строительства - средняя температура и продолжительность отопительного периода.

Нужно отметить, что в связи с таким изменением требуемых сопротивлений теплопередаче, мероприятия по дополнительной теплозащите стен в стране приобретают районный характер. Так, в европейской части России утепление зданий по нормативам 1996 г. требует устройства дополнительного теплоизоляционного слоя из минеральной ваты (с коэффициентом теплопроводности l=0,047 Вт/(м² °С)), толщина которого будет изменяться от 65 до 145 мм (рисунок №3, в). Это говорит о том, что для создания оптимальных конструктивно - технологические решений теплозащиты стен зданий необходимо учитывать районы, в которых будут проводиться работы по утеплению стен. Причем, на каждый район должны иметься свои конструктивно - технологические решения теплозащиты.

Изменение в нормировании теплозащитных качеств ограждающих конструкций должно дать значительный эффект в экономии энергетических ресурсов, идущих на отопление зданий. Но это будет достигнуто лишь в том случае, если появятся совершенно новые конструктивные и технологические решения наружных стен, приспособленные не только к климатическим условиям, но и к строительной базе.