Режимы теплопотребления зданий и особенности расчета удельных показателей расхода тепла на отопление жилых зданий

Выполнено исследование климатического фактора и режима эксплуатации зданий от типа погоды, необходимое для оптимизации работы автоматизированного теплового пункта. Приведены требования по повышению эффективности энергосбережения и ее взаимосвязь с рациональными конструктивными решениями, приемлемыми при проектировании зданий различных строительных систем. Выполнен анализ конструктивных схем жилых, общественных и промышленных зданий, показано, что эти схемы должны удовлетворять определенным требованиям. Установлено, что для жилых зданий необходима схема с несущими стенами; каркасные схемы рекомендуются для промышленных зданий. Смешанный тип привлекателен для общественных зданий. Рассмотрен воздушно-влажностный режим помещений. Выполнен критический анализ расчета удельных показателей расхода тепла на отопление жилых зданий с различными числами этажей.

Системы теплоснабжения являются крупнейшим потребителем топливно-энергетических ресурсов. От нормального функционирования этих систем зависят условия теплового комфорта в отапливаемых зданиях, самочувствие и здоровье людей, производительность труда и т.д. Выпуск качественной продукции на ряде промышленных предприятий требует строгого соблюдения нормируемых параметров микроклимата. Эффективность предприятий агропромышленного комплекса (урожайность плодов и овощей, выращиваемых в теплицах, продуктивность животноводства) также в большой степени определяется температурно-влажностными режимами в сельскохозяйственных помещениях, обеспечиваемыми работой систем теплоснабжения.

Таким образом, проблема повышения качества, надежности, экономичности теплоснабжения имеет государственное значение.

С каждым годом и во всем мире вопросы энергосбережения, эффективного использования энергоресурсов приобретают актуальное значение не только в контексте снижения оплаты за энергоресурсы, но и снижения экологической нагрузки и износа оборудования [1 - 9]. Новые подходы к проектированию энергоэффективных зданий подразумевают полное обеспечение энергией за счет внутренних источников [2]. Например, для сбалансированного потребления энергии предлагается «зеленая крыша» [3], установить новые нормативные требования к системе вентиляции и кондиционирования [4], разработать общую энергетическую модель для зданий [5], где принимаются в качестве переменных все основные параметры, характеризующие архитектуру, строительные материалы и системы жизнеобеспечения. В энергетической модели здания может учитываться также потребление энергии, ее выработка из возобновляемых источников в различное время суток и время года [6 - 8].

Как известно, в Республике Казахстан (РК) и в ряде других стран, для обеспечения населения электрической и тепловой энергией распространена ее комбинированная выработка. Такой способ является в настоящее время наиболее приемлемым с точки зрения эффективности сжигания полезных ископаемых и минимального воздействия на окружающую среду. Однако неэффективное использование энергии приводит к неоправданно высокому удельному уровню потребления электрической и тепловой энергии в нашей стране.

Затраты на содержание трубопроводных систем распределения тепловой энергии существенны и со временем эксплуатации являются определяющими, при дальнейшей оценке эффективности системы теплоснабжения. Системы централизованного теплоснабжения являются разветвленными оборотного типа и с нестабильными режимами работы [10, 11]: тепловая нагрузка существенно меняется в течение отопительного периода и в течение суток. Эффективность, с точки зрения экономного энергопотребления, работы систем теплоснабжения требует одновременного решения вопросов гидродинамики и термодинамики, при этом параметры теплоносителя в тепловом пункте должны контролироваться в обоих направлениях – от источника к потребителю, и от потребителя к источнику выработки тепловой энергии.

Следует отметить, что основным определяющим режимом теплопотребления зданий является климатические факторы (температура наружного воздуха, скорость ветра, солнечная радиация). Природно-климатические условия и географические факторы раскрывают свойства территории как «функции места», которые характеризуют объективную потребность в энергоресурсах. Для нейтрализации неблагоприятного энергетического воздействия наружного климата на здания (перегрев, переохлаждение) требуется определенное количество подведенной энергии для его тепло- и электроснабжения. Для проведения анализа и исследования автоматизированного теплового пункта необходимо изучение климатического фактора и режима эксплуатации зданий от особенности погоды. Такой анализ проведен в работах [12, 13], и его краткие результаты мы приведем ниже.

Критические значения основных климатических факторов помогают составить характеристику климата, причем, критические значения различных климатических факторов функционально связаны между собой. При температуре наружного воздуха более 21 °С уже возможен перегрев помещений, особенно при наличии инсоляции. При температуре более 28 °С начинается перегрев человека и необходима защита от солнца и использование ветра не только в помещении, но и на территории городской застройки.

защип пешед обязат ал»на охлаждает

Рисунок 1 – Области комфорта и дискомфорта в зависимости от климатических факторов.

Ветер со скоростью более 4 м/с создает дискомфорт. Ветер со скоростью более 5 м/с, при отрицательных температурах, вызывает 160

резкое увеличение охлаждение зданий (на 10…25 %) и человека. На рисунке 1 дана характеристика температуры и ветра. Относительная влажность воздуха менее 30% и более 70% неблагоприятна для человека.

Режим эксплуатации зданий должен соответствовать погоде. Имеются 4 режима: открытый, полуоткрытый, закрытый и изолированный. Связь между погодой и режимом эксплуатации зданий:

• 1)    Открытий режим применяется при комфортной погоде. Здание защищено от солнца, но раскрыто во внешнюю среду и практически не несет климатозащитной функции. Желательны балконы, лоджии, веранды.

• 2)    Полуоткрытый режим применяется:

• •    а) при прохладной погоде, ограничена связь жилища с окружающей средой: приток воздуха через форточку, вытяжная вентиляция, отопление не регулярное (электрокамин и т.п.);

• •    б) при теплой погоде, требуется солнцезащита, сквозное проветривание, желательны ориентации фасадов на С и Ю, галереи, лоджии, веранды

• 3)    Закрытый режим применяется:

• •    а) при холодной погоде, жилище должно быть изолировано от внешней среды: закрытые окна (двойное остекление), естественный приток воздуха через щели окон и дверей, вытяжная вентиляция, отопление регулярное;

• •    б) при сухой жаркой погоде, жилище должно быть изолировано от внешней среды; окна закрыты ставнями, полная солнцезащита, желательно обводнение и озеленение высокими деревьями, участков, прилегающих к зданию. Приток воздуха естественный, вентиляция вытяжная. Рекомендуются искусственное охлаждение помещений и вентиляторы, вызывающие движение воздуха (фены).

• 4)    Изолированный режим применятся:

• •    а) при суровой погоде, жилище должно быть полностью изолировано от внешней среды; закрытые окна (тройное остекление с герметическими уплотнителями). Механическая приточно-вытяжкая вентиляция с подогревом и увлажнением воздуха. Отопление регулярное, активное;

• •    б) при жаркой погоде с нормальной и повышенной влажностью жилище должно быть полностью изолировано от внешней среды: окна закрыты, солнцезащита, 161

используется кондиционирующая установка, создающая искусственный климат.

Архитектурно-планировочные средства. На основе оценки погоды данной местности составляются архитектурнопланировочные и инженерно-технические требования. В связи с географической широтой и характером исследуемого местного климата делается выбор типа планировки жилого дома, обеспечивающей активизацию или ограничение проветривания. Выбор ориентации фасада жилого здания связан с типом секции и должен обеспечивать норму инсоляции в квартире и по возможности отсутствие ветроохлаждения и перегрева помещений. Следует учитывать условия аэрации помещений. При ориентации фасадов перпендикулярно к ветру, скорость ветра, проникающего в здание через раскрытые окна, снижается до 20% при сквозном проветривании и до 7% при одностороннем проветривании помещений. При ориентации фасадов под углом 45° к направлению ветра, скорость ветра, проникающего в здание при тех же условиях снижается еще дополнительно на 15…20%.

При совпадении направления ветра с направлением прямой магистрали, вдоль которой фронтально располагаются здания, возникает эффект усиления скорости ветра до 20%. Если этот эффект не желателен, то следует расположить здания (особенно длинные) под углом 45°…90° к направлению магистрали. Здание, встречающее ветровой поток, создает позади ветровую тень (затишье) в пределах 3…8 высот здания h . При планировке жилого квартала для защиты от неблагоприятного ветра рекомендуется расстояние между соседними зданиями меньше 3…8 h , а для аэраций квартала расстояние больше 3…8 h .

Архитектурно-конструктивные средства. В соответствии с преобладающим типом погоды и климата местности выбирается конструкция окон (например, двойное или тройное остекление), применяются балконы, лоджии, эркеры и т.п. По мере надобности рекомендуется солнцезащита (горизонтальная, вертикальная, комбинированная). Также могут быть рекомендованы защитные экраны от ветра. К архитектурно-конструктивным средствам относятся ограждающие конструкции, обеспечивающие теплоизоляцию и теплоустойчивость помещений.

Требования по повышению эффективности энергосбережения вплотную связаны с рациональными

Доклады независимых авторов 2018 выпуск 44 конструктивными решениями, приемлемыми при проектировании зданий различных строительных систем.

Анализ конструктивных схем (рис. 2, 3) жилых, общественных и промышленных зданий показал, что эти схемы должны удовлетворять определенным требованиям. Так, для жилых зданий необходима схема с несущими стенами; каркасные схемы рекомендуются для промышленных зданий. Смешанный тип привлекателен для общественных зданий.

Одна из главных функций дома – сохранение тепла, что особенно важно в холодном климате. Поэтому выбор конструкций наружных ограждающих поверхностей является одним из важных. Общепризнанная концепция теплосбережения состоит из трех основных положений. Сведение к минимуму трансмиссионных потерь тепла. Этот фактор определяется величиной «приведенного сопротивлением теплопередаче».

В Казахстане в настоящее время используется, как правило, «поэлементное нормирование», т.е. для каждого элемента наружных ограждающих конструкций нормами задается минимально допустимое значение: для стен, окон, крыш и перекрытий над подвалами. Наружная оболочка дома должна быть плотной (с ограниченной воздухопроницаемостью) во избежание затрат тепла на обогрев инфильтрующегося воздуха. Здесь, главным образом, нормируется максимально допустимая воздухопроницаемость оконных и балконных дверных блоков.

Рисунок 2 – Конструктивные схемы гражданских зданий: а – бескаркасный; б – каркасный; в – с неполным каркасом; 1 – несущие стены; 2 – междуэтажные перекрытия; 3 – колонны; 4 – ригели; 5 – самонесущие стены.

Проблемными со стороны воздухопроницаемости являются некоторые конструкции наружных стен. Например, деревянные дома – существует проблема грамотного заполнения между бревнами во избежание продувания. Каркасные дома в том виде, как они часто строятся у нас с целью экономии, т.е. стоечно-балочная система с заполнением утеплителем, и без дополнительного наружного слоя утепления, – это прямые мостики холода и охлаждение дома инфильтрацией.

Рисунок 3 – Конструктивные типы каркасных зданий: а – с продольным расположением ригелей; б – с поперечным расположением ригелей; в – безригельное решение; г – с пространственным каркасом; д – с неполным поперечным каркасом и несущими наружными стенами; е – с опиранием панелей на наружные панели и две стойки по внутреннему ряду; 1 – самонесущие стены; 2 – колонны; 3 – ригели; 4 – плиты междуэтажных перекрытий; 5 – надколонная плита перекрытия; 6 – межколонные плиты; 7 – панель-вставка.

Дома из газобетона без облицовочного наружного слоя требуют тщательной обработки швов между блоками, заполнения вертикальных швов и двухсторонней штукатурки (снаружи и изнутри). Отсутствие мостиков холода, обусловленных материалами и конструкциями стен (теплопроводные включения). Во-первых, через мостики холода происходит большая утечка тепловой энергии. Во-вторых, в местах мостиков холода со стороны помещений может выпадать конденсат, и при его систематическом наличии в этих местах появится грибок. Примеры мостиков холода: бетонные перемычки над проемами, если они уложены неправильно – без зазоров между ними; стойки каркасного дома (пусть это даже деревянный брус!), если нет слоя дополнительного наружного утепления.

Современные требования по теплоизоляции могут выполнить несколько конструкций наружных стен. Во-первых, многослойные конструкции с применением эффективного утеплителя (минеральной ваты или пенополистирола). Такие стены состоят из трех основных оболочек: несущей части стены (из кирпича, бетонных или иных блоков), слоя утеплителя и наружной облицовки как защиты утеплителя от климатических воздействий. Во-вторых, это стены из газобетона (толщина зависит от характеристик газобетонных блоков). В-третьих, стены из специального поризованного из кирпича. Теплотехнические требования можно также выполнить, применяя каркасные системы.

Коэффициент компактности K _des 1/м, показывает, как выбранная объемно-пространственная структура дома влияет на его теплопотери. Эта величина широко применяется в европейском нормировании для оценки теплотехнических характеристик домов и вычисляется по формуле

K des = A sum / V h . (1)

Здесь A _sum – это сумма площадей ограждающих конструкций дома (наружных стен, площадей над жилыми помещениями и под ними), по которым проходит граница тепло/холод, т.е. сумма площадей, через которые происходят потери тепла; V _h – это строительный объем (кубатура) теплых помещений, который заключен в ограждающих конструкциях дома.

Расчетный показатель компактности здания K _des, для жилых зданий (домов), как правило, не должен превышать следующих значений: 0,9 – для двухэтажных домов и одноэтажных домов с мансардой; 1,1 – для одноэтажных домов. Чем меньше K d _es, тем меньше охлаждающих поверхностей имеет постройка на 1 м³ объема. Эта величина имеет значительные колебания: от значений, больших единицы – для отдельно стоящих маленьких домов до 0,12 – для компактных домов с более чем 20-ю этажами. Чем больше K d _es, тем больше потери домом тепла и, соответственно, затраты на отопление. Лучшие показатели коэффициента K _des имеют дома, близкие в плане к квадрату, или с полукругами стен. Чем более

«изрезан» план выступами или западами, чем больше он имеет углов, тем этот показатель хуже. Следуя, например, только логике коэффициента компактности, далеко не всегда можно создать красивую архитектуру. Так как согласно этому коэффициенту лучший дом – это квадрат в плане без каких-либо выступов. Тогда легче и дешевле строить, тогда меньше теплопотери. Значения коэффициента компактности в зависимости от типа дома:

• •    отдельно стоящий маленький коттедж – от 0,92 и больше;

• •    отдельно стоящий средний коттедж – 0,75…1,08;

• •    отдельно стоящий большой коттедж – 0,65…0,95;

• •    сблокированные коттеджи (2 этажа), террасный дом – 0,52…0,82;

• •    средний дом среди сблокированных (2 этажа) – 0,45…0,70;

• •    жилой дом 3, 4 этажа – 0,38…0,62;

• •    жилые дома, в зависимости от сложности, до 14 этажей – 0,18…0,38;

• •    жилые дома, в зависимости от сложности, от 20 этажей – 0,12…0,28.

Рассмотрим воздушно-влажностный режим. В настоящее время в нашем коттеджном строительстве преобладающей является естественная вентиляция по следующей схеме: отработанный воздух удаляется непосредственно из зоны его наибольшего загрязнения (из кухни и санитарных помещений) посредством естественной вытяжной канальной вентиляции. Его замещение происходит за счет наружного воздуха, поступающего через неплотности наружных ограждений (главным образом оконного заполнения) и нагреваемого системой отопления.

Согласно требованиям по энергосбережению дома должны быть с ограниченной воздухопроницаемостью во избежание теплопотерь на обогрев инфильтрующегося воздуха. Это два требования, которые входят в противоречие друг с другом. В погоне за экономией энергии может появиться ряд проблем, связанных с недостаточной вентиляцией и, как следствие, с повышенной влажностью помещений: образование грибковой плесени в построенных герметичных домах.

Предпочтительным для индивидуальных домов является устройство приточно-вытяжной системы вентиляции с применением устройств рециркуляции тепла. Недорогое решение этой проблемы – специальные устройства для самовентиляции в окнах (например, климатические клапаны).

При автоматизации теплого пункта у потребителей подача тепловой энергии обеспечивается путём поддержания регулятором отопления заданного графика температур теплоносителя. Снятие вынужденных «перетопов» в переходные, межсезонные периоды (как для жилья, так и для административных или производственных объектов отопления).

Применение регулирования температуры позволяет сэкономить от 30 до 40 %. В эти периоды температуры в отдельных помещениях отапливаемых зданий могут существенно различаться и зависят не только от количества теплоты, поданной в здание, но и от следующих факторов:

• -    качества работы отопительной установки здания;

• -    условий эксплуатации отдельных помещений;

• -    бытовых тепловыделений;

• -    солнечной инсоляции и инфильтрации, которые, в свою очередь, зависят от размещения отдельных помещений здания по отношению к сторонам света и розе ветров.

Поэтому для экономичного удовлетворения отопительной нагрузки необходимо в дополнение к местному регулированию осуществлять индивидуальное регулирование отдельных помещений или отдельных зон каждого здания, подверженных различному влиянию солнечной инсоляции, ветровой инфильтрации, бытовых тепловыделений и других условий. Для местного регулирования отопительной нагрузки необходимо знать внутреннюю температуру представительного помещения или среднюю внутреннюю температуру нескольких помещений, что является сложной задачей. Температура регламентируется СНиПом РК 4.02-42-2006.

Например, в Астане наблюдается массовое строительство многоэтажного жилья, высотных зданий и зданий повышенной этажности. Применение зданий повышенной этажности и высотных зданий предусматривается для улучшения архитектурнохудожественного облика столицы Республики Казахстан, в городе количество жилищного фонда повышенной этажности на сегодня увеличилось до 75% в результате осуществления значительных объемов нового строительства на левобережье. В ближайшее время их удельный вес достигнет 86…96,5 %.

Жилой фонд Астаны делится на несколько больших групп характерной застройки:

• -    жилье низкого качества;

• -    типовое жилье;

• -    застройка периода освоения Целины;

• -    дома улучшенной планировки;

• -    элитное жилье.

Наибольшее распространение получили следующие серии типовых проектов: 1-464   – крупнопанельная, 1-335 – крупнопанельная с неполным внутренним каркасом, 1-468 – крупнопанельная со смешанным шагом несущих внутренних стен, 1-439 – крупноблочная, 1-447 – кирпичная.

После многолетней эксплуатации панельные и блочные дома первых поколений физически и морально деградировали, данные обследований этих домов свидетельствуют о том, что практически весь жилой фонд, возведенный до 70 года прошлого столетия, нуждается в тех или иных ремонтно-реконструктивных мероприятиях. Энергопотребление этих жилых домов превышает современные нормы в 2,5…3,5 раза. Крупнопанельные здания серии 1-335 являются системами с неполным каркасом и многопустотными панелями перекрытий. Балочная система неполного каркаса опирается на консоль колонн и металлические столики наружных стеновых панелей. Шаг внутренних колонн составляет 2,6 и 3,2 м. Используется система внутренних крупнопанельных перегородок, что обеспечивает заданную планировку помещений. Кровельная часть выполняется совмещенной или с чердачным этажом. Общая площадь однокомнатных квартир составляет 30 м2, трехкомнатных – 54,4 м2, четырехкомнатных – 58,4 м2. При этом площадь кухонь не превышает 6 м2.

Большой объем построенных и эксплуатируемых зданий в Астане занимают жилые дома с несущими стенами из кирпича (I-447), керамзитобетонных блоков и панелей (1-510, 1-511).

Архитектурно-планировочные решения таких домов подобны. Шаг продольных стен составляет 6 м, наружные стены выполнены из кирпича толщиной 51 см, керамзитобетонных блоков, панелей толщиной 40 см. Перекрытия выполнены из многопустотного настила толщиной 22 см.

Основными недостатками квартир являются малая площадь кухонь (5,2 м2), совмещенные санузлы, малая площадь прихожих, наличие проходных комнат. Средняя площадь однокомнатных

Доклады независимых авторов 2018 выпуск 44 квартир составляет 30,3 м², двухкомнатных – 45,3 м², трех- и четырехкомнатных соответственно 55 и 61,5 м².

Конструктивная схема с тремя продольными несущими стенами обеспечивает более высокую долговечность зданий и возможность перепланировки помещений без нарушения расчетной схемы. Зона прочностных характеристик несущих конструкций позволяет в ряде случаев осуществить надстройку до трех этажей с минимальным объемом работ по усилению фундаментов. В сочетании с пристраиваемыми объемами могут быть достигнуты планировочные решения, отвечающие современным нормам.

После многолетней эксплуатации панельные и блочные дома первых поколений физически и морально деградировали, данные обследований этих домов свидетельствуют о том, что практически весь жилой фонд, возведенный до 70 года прошлого столетия, нуждается в тех или иных ремонтно-реконструктивных мероприятиях. Энергопотребление этих жилых домов превышает современные нормы в 2,5…3,5 раза. Поэтому для них необходима тепловая модернизация.

Перейдем к вопросу расчета удельных показателей расхода тепла на отопление разноэтажных жилых зданий. При определении тепловой нагрузки источников тепла, расчета диаметров магистральных и распределительных тепловых сетей пользуются укрупненными показателями расчетного расхода тепла на отопление, отнесенного на 1 м2 общей площади квартир здания.

В предыдущей редакции СНиП 2.04.07-86 «Тепловые сети» приводилась таблица этих укрупненных показателей, которую предполагалось перенести в Свод правил к новой редакции СНиП 41-02-2003. Однако эта таблица безнадежно устарела и требует пересмотра.

Во-первых, данная таблица построена только для зданий до 5 этажей, в то время как основная этажность жилых домов массового строительства в городах нашей страны – это 9…12 этажей и выше.

Во-вторых, строка показателей для здания с учетом внедрения энергосберегающих мероприятий не отражает действительных возможностей этих мероприятий, допуская снижение удельных показателей только на 1…6 %. Эта строка должна быть снята, а ориентиром в энергосбережении могут служить удельные показатели расчетного расхода тепла на отопление для зданий современного строительства.

В-третьих, градация таблицы показателей для зданий постройки до 1985 года и после не связана ни с какими документами, повышающими теплозащиту зданий в этот период, и не отражает истинного положения вещей.

И наконец, вызывает удивление отсутствие закономерности в изменении показателей в зависимости от региона строительства, подтверждением чего может быть, например, соотношение показателей для 3–4-этажных зданий: между –30 и –35 °С разрыв 137 – 128 = 9 пунктов, между –35 и –40 °С всего 3 пункта, а между –40 и –45 °С опять больше 12 пунктов.

Исходя из практики строительства, целесообразно по этажности здания разбить на 1…3-этажные, подразделив их на одноквартирные дома и сблокированные, поскольку они значительно отличаются по показателю компактности

K c = А h / V h , (2) где А _h – суммарная площадь наружных ограждений.

В одноквартирных домах K _c = 0,65…0,55, в сблокированных домах K _c = 0,4…0,35, соответственно, сокращается и удельный расход тепла на отопление, т. к. на единицу объема приходится меньше площади наружных ограждений, т. е. уменьшается площадь охлаждения.

Затем должны следовать 5-этажные дома первого периода индустриального домостроения (1958…1965 гг.) с компактностью K _c = 0,35…0,32. В Астане это кирпичные дома типовой серии 1-511, блочные 1-510 и панельные 1-515, II-32, К-7, 1605.

Затем 9-этажные здания, сооружаемые по проектам 1961…1970 гг. с компактностью K _c = 0,3…0,27. К ним следует отнести кирпичные дома серии II-29, блочные II-18, панельные II-49, II-57, 1-515, 1605АМ.

В этих градациях надо выделить отдельно кирпичные здания, т. к. при дефиците этого строительного материала толщина стен принималась из минимально допустимого значения теплопередаче. А в однослойных панелях и блоках применяется керамзитобетон, теплопроводность которого была ниже кирпича, в результате стены получались более теплые. Также в трехслойных железобетонных панелях с утеплителем в середине сопротивление теплопередаче стен было выше, чем кирпичных, и, соответственно, фактические удельные показатели расхода тепла на отопление при одинаковой компактности были ниже.

Следующий период – строительство 12…14-этажных зданий с «теплым» чердаком компактностью K _c = 0,28…0,26 – это панельные дома серии П-30, П-46, П-47, П-55.

И наконец, здания выше 15 этажей – это панельные серии П-3, П-44, КТЖС, Пд-4, позже И-155, 111-МО, монолитные здания по индивидуальным проектам и другие, строительство которых ведется и сейчас.

Далее, с послевоенных лет и до 1995 года (выход Постановления Минстроя № 18-81 от 11 августа 1995 г.) основные положения СНиП II-А.7 и II-3 «Строительная теплотехника» не пересматривались, поэтому 1995 год не может служить «границей» изменения удельных показателей.

Конечно, продолжалось совершенствование расчетов теплопередачи ограждений, был введен коэффициент теплотехнической однородности конструкции, учитывающий мостики холода в трехслойных панелях, пытались установить экономически эффективную толщину теплоизоляции, но это не отразилось на итоговой величине сопротивления теплопередаче наружных ограждений здания.

Требуемое сопротивление теплопередаче R0 несветопрозрачных наружных ограждений определялось исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий, задавались разные, в зависимости от ограждения, значения разности температуры внутреннего воздуха в отапливаемом помещении tin и наружной температуры tout, температуры внутренней поверхности наружного ограждения Dt:

R 0

=k

in out D _t α _in

где k – коэффициент, принимаемый в зависимости от положения поверхности ограждающей конструкции относительного наружного воздуха, для вертикальных наружных стен и покрытия k = 1; αin – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности наружного ограждения, он принимается равным 8,7 Вт/(м2⋅°С). В жилых зданиях для стен Dt = 6 °C, для покрытий Dt = 4 °C. Расчетные значения температур tin зависят от tout, так в жилых домах в районах строительства с tout > –30 °С температура tin = 18 °С, с tout ≤ –30 °С принято tin = 20 °С. Требуемое сопротивление теплопередаче оконного проема принималось, за исключением крайне северных регионов, по факту значения изготавливаемых тогда окон: двухстекольные с раздельным переплетом R0 = 0,38 м2⋅°С/Вт и со спаренным переплетом R0 = 0,34 м2⋅°С/Вт. В соответствии с Постановлением Минстроя № 18-81 была уменьшена нормируемая разность температур между внутренним воздухом и поверхностью ограждения: для стен до Dt = 4 °С, для покрытий и чердачных перекрытий Dt = 3 °С; были повышены значения нормируемого сопротивления теплопередаче наружных ограждений с реализацией в проектах начиная с 1995 года, и второй этап – с 2000 года.

Например, для региона с расчетной температурой наружного воздуха t_in = –25 °С это составит для стен жилого здания, вместо R 0 = 1 ⋅ (18 + 25)/(6 ⋅ 8,7) = 0,82 м² ⋅ °С/Вт, на первом этапе R ₀ = 2,0 м² ⋅ °С/Вт, на втором – 3,15 м² ⋅ °С/Вт, для покрытия соответственно 1,23, 3,0 и 4,7 м² ⋅ °С/Вт.

Минимальное значение требуемого сопротивления теплопередаче окон, независимо от этапа внедрения, для тех же условий составило 0,54 м2•°С/Вт при рекомендуемом соотношении площади окон к площади всех вертикальных наружных ограждений не более 0,18 для жилых зданий и 0,25 – для общественных.

В отличие от теплопотерь через наружные ограждения, зависящих от их сопротивления теплопередаче, другие составляющие теплового баланса здания за этот период (до 1995 года) претерпели значительные изменения, хотя это было только уточнение расчетов, не повлиявшее на величину требуемого расхода тепла на отопление.

Так, в СНиП II-Г.7-62 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» теплопотери на нагрев инфильтрующегося в жилые здания наружного воздуха принимались в размере 8 % от теплопотерь через наружные ограждения, и бытовые тепловыделения не учитывались.

Затем опытным путем выявили значительную величину объема инфильтрующегося воздуха, в зависимости от этажности зданий, на 20…40 % превышающую нормируемое значение количества свежего воздуха, необходимого для вентиляции квартир (3 м3/ч на 1 м2 площади жилых комнат). Однако учет в полном объеме инфильтрационной составляющей теплового баланса здания вызвал неоправданное увеличение расчетного расхода тепла на отопление, не подтверждающееся практикой эксплуатации таких же зданий.

Тогда пришли к выводу о необходимости учета бытовых тепловыделений в квартирах, включающих тепловыделения от людей, от освещения, приготовления пищи и мытья посуды, от пользования электрическими приборами, а также теплопоступления 172

Доклады независимых авторов 2018 выпуск 44 от трубопроводов горячего водоснабжения и от рассеянной радиации.

Натурные испытания теплового и воздушного режима ряда зданий разных типовых серий, выполненные в МНИИТЭПе [14, 15], позволили установить расчетную удельную величину бытовых тепловыделений в муниципальных квартирах на уровне 21 Вт/м2 площади пола жилых комнат и кухни (такое значение было записано в СНиП 11-33-75 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» и последующем издании СНиП 2.04.05-86) и выявили тенденцию снижения этой величины по мере уменьшения плотности заселения квартир.

В дальнейшем, по мере улучшения жилищных условий в стране, эта норма была пересмотрена в сторону уменьшения и составила в настоящее время 17 Вт/м2 площади пола жилых комнат при заселенности до 20 м2 общей площади квартиры на человека (СНиП 23-02-2003) с понижением до минимального значения, рекомендованного СНиП 2.04.05-98 – 10 Вт/м2, при заселенности 45 м2/чел. (в новой редакции СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» эти указания вообще отсутствуют).

В части инфильтрации наружного воздуха с выходом упомянутого ранее Постановления Минстроя стали применять плотные окна, изготовленные по европейской технологии, воздухопроницаемость которых не превышала 0,9…1,2 кг/ч на м2 поверхности окна при перепаде давлений в 10 Па.

Расчеты показывают [16, 17], что при такой низкой воздухопроницаемости в системах естественной вентиляции, например, 17-этажного жилого дома, даже на первом этаже объем инфильтрации через закрытые окна ниже требуемого значения, исходя из обеспечения вентиляции квартир.

Это позволило инфильтрацию наружного воздуха назначать на всех этажах одинаковой в объеме нормативного воздухообмена, который принимается в жилых домах заселенностью до 20 м²/чел. – 3 м³/(ч ⋅ м²), а при менее плотном заселении квартиры – 30 м³/ч на человека, но не ниже 0,35 обмена в час от объема квартиры (СНиП 23-02-2003).

В целом по зданию оказалось, что при расчете теплопотерь учет инфильтрации в уменьшенном объеме примерно соответствует в расчетных условиях величине разности расхода тепла на ее нагрев в полном объеме и бытовых тепловыделений в квартирах.

Поэтому удельный расчетный расход тепла на отопление на 1 м2 общей площади квартир зданий, построенных в 1950-60-х годах, практически не отличается от зданий строительства в более поздний период – до 1995 года.

На удельные показатели расхода тепла на отопление следует учитывать влияние этажности зданий, поскольку, во-первых, в зданиях массового строительства с повышением этажности возрастает объем инфильтрующегося воздуха, а соответственно и расчетный расход тепла на отопление, и во-вторых, с понижением этажности увеличивается относительная площадь наружных ограждений на 1 м2 общей площади квартир, и поэтому доля расхода тепла на нагрев инфильтрующегося воздуха и бытовых тепловыделений в тепловом балансе здания снижается.

На базе анализа удельных расчетных расходов тепла на отопление жилых зданий типовых серий [16, 17], и с учетом дополнительно выполненных расчетов расхода тепла на отопление современных 2–3-этажных одноквартирных и сблокированных домов с наружными ограждениями, соответствующими старым и новым нормам, а также с учетом опыта экспертизы проектов строительства после 2000 года можно установить (с расчетной температурой наружного воздуха –25 °С) следующие величины удельного расчетного расхода тепла на отопление, в зависимости от периода строительства и этажности зданий, которые в дальнейшем будут рассматриваться как базовый вариант (см. таблицу).

Таблица. Удельные расчетные показатели расхода тепла q 0 , Вт/м² на отопление жилых зданий на 1 м² общей площади при t out = –25 °С.

Этажность жилых зданий	1–3	4–6	7–10	11–14	>15
Строительство до 1995 года	185/135	80/70	75/65	85	85
Строительство после 2000 года	85/65	55	50	45	40

Примечание – Для 1…3-этажных зданий в числителе одноквартирные дома, в знаменателе – сблокированные. Для 4…10-этажных зданий в числителе кирпичные дома, в знаменателе – панельные. В показателях зданий строительства после 2000 года учтено не только повышение теплозащиты ограждений, но и мероприятия по автоматическому регулированию систем отопления.

При выполнении соответствующих расчетов удельных показателей расхода тепла на отопление для базового варианта были учтены изложенные в начале нормативные значения сопротивлений теплопередаче основных наружных ограждений, нормы воздухообмена и удельная величина бытовых тепловыделений в квартирах, влияющих на соотношение составляющих теплового баланса жилого дома [18, 19].