Анализ целесообразности увеличения толщины теплоизолирующего слоя в системах НВФ в целях повышения энергоэффективности
В последнее время все чаще поднимается вопрос энергоэффективности. Разрабатываются новые методики по ее учету, вводятся новые требования и издаются законы. 27 ноября 2009 г. вступил в силу Федеральный закон № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации». Согласно ему, вводятся новые требования к зданиям, строениям и сооружениям, конструктивным и инженерно-техническим решениям, отдельным элементам, конструкциям зданий, к используемым устройствам и технологиям и др., которые планируется пересматривать каждые 5 лет с целью повышения энергоэффективности. Но уже сейчас многие объекты им не соответствуют. Через 5, 10 и более лет их станет количественно больше [1]
Здание тем более энергоэффективно, чем меньше оно теряет тепла, энергии, чем выше сопротивление теплопередаче его ограждающих конструкций. Есть несколько вариантов, помогающих снизить энергетические затраты [2], среди них можно выделить:
- применение новых технологий, конструкций;
- применение приточно-принудительной системы вентиляции с рекуперацией;
- использование возобновляемых источников тепловой энергии;
- применение более энергоэффективных инженерных приборов и оборудования (в том числе осветительного);
- автоматическое регулирование температуры теплоносителя;
- увеличение толщины теплоизолирующего слоя.
Пример увеличения толщины теплоизоляционного слоя встречается в технологии «пассивного дома» (англ. passive house). Это энергоэффективное здание, соответствующее наивысшему стандарту энергосбережения в мировой практике индивидуального и многоэтажного строительства. Такая технология не так давно известна в России и уже долгое время находит применение в странах Европы и США. Для «пассивного дома» энергопотребление составляет около 10% от удельной энергии на единицу объема, потребляемой большинством современных зданий. Незначительное отопление требуется лишь в период отрицательных температур. В идеале «пассивный дом» является независимой энергосистемой, вообще не требующей расходов на поддержание комфортной температуры воздуха и воды [3]. Основным принципом проектирования энергоэффективного дома является использование всех возможностей сохранения тепла. В частности, в таких зданиях предусмотрена увеличенная толщина теплоизоляции. В Швеции по стандартам для «пассивного дома» толщина изоляционного материала в стене должна быть не менее 335 мм, а в крыше – 500 мм [4]. Однако решение применения толстой теплоизоляции для резкого сокращения потерь тепла вызывает сомнение в его экономической обоснованности. Рассмотрим это на примере систем навесных вентилируемых фасадов (НВФ). Строительство вентилируемых фасадов – это простой и одновременно надежный вариант для снижения энергопотерь дома и повышения его энергоэффективности [5]. Они позволяют легко и просто реконструировать уже эксплуатируемое здание и повысить сопротивление теплопередаче его ограждающих конструкций, соответствуют недавно принятым тепловым требованиям и могут применяться для строительства зданий, улучшают внешний вид здания, звукоизоляцию, влажностный режим ограждающих стен, сопротивляемость атмосферным воздействиям и др. [6]. Стоимость подконструкции НВФ напрямую зависит от толщины теплоизоляции [7]. Чем больше толщина утеплителя, тем больше должен быть вынос (расстояние от стены до облицовки). Подконструкция становится более массивной, для нее требуется большее количество элементов. Возникает необходимость использования более длинных кронштейнов, удлинителей, увеличивается количество заклепок, шайб и проч. [8]. Увеличение толщины теплоизолирующего слоя таких систем по сравнению с требуемой толщиной по теплотехническому расчету экономически нецелесообразно. Вентилируемые фасады для экономии таким способом не подходят. Чтобы убедиться в этом, проведем следующий анализ.
Проведем теплотехнический расчет, методика которого базируется на требованиях СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» [9] и СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий» [10], а также на рекомендациях для систем НВФ [11]. Для расчета в качестве несущей подконструкции фасада принимается решение компании «Юкон Инжиниринг» АТS 234а с видимым методом крепления облицовки. И следующая конструкция внешней стены с различной толщиной теплоизолирующего слоя [12]:
- кирпичная кладка (250 мм);
- утеплитель «ROCKWOOL ВЕНТИ БАТТС Д» (80–250 мм);
- воздушная прослойка (60 мм);
- плитки керамогранита 600 х 600 (10 мм).
Полученные по теплотехническому расчету результаты сводим в таблицу 1.
Далее делаем расчет затрат на отопление. Для этого находим потери теплоты за 10 лет по формуле [14]: (рис.2), где: – P теплопотери, Вт; n – срок (10 лет); Q – теплопотери за определенный срок (10 лет).
При этом изменение теплопотерь со временем имеет следующую зависимость: (рис. 2), где Qпост – постоянные теплопотери, Qдоп – теплопотери, связанные с деградацией утеплителя.
Зависимость была определена на 50 лет, что соответствует безремонтному сроку эксплуатации систем навесных вентилируемых фасадов [13].
Далее, учитывая изменения тарифа, определяем затраты на электроэнергию (отопление принимаем электрическое) за 10 лет [14]: (рис. 3) Стоимость за электроэнергию за любой год Sn определяется как произведение тарифа cn на электроэнергию Jn, израсходованную за n-й год.
Далее рассчитываем стоимость подконструкции системы НВФ для каждой толщины утеплителя, прибавляем к ней затраты на теплоизоляцию и строим график зависимости стоимости подконструкции + утеплитель и затрат на электроэнергию, выраженную в рублях, от толщины утеплителя (рис. 4).
Толщина утеплителя, равная 120 мм, – это оптимальная толщина утеплителя в рассматриваемой системе, при описанной выше конструкции внешней стены [15]. Сопротивление теплопередаче стены с такой толщиной теплоизоляции соответствует требованиям нормативных документов. Соответственно, если увеличивается толщина теплоизоляции, повышается сопротивление теплопередаче, снижаются затраты на отопление и повышается стоимость подконструкции и утеплителя. И как можно увидеть из рис. 1, в результате на подконструкцию и теплоизоляцию мы потратим больше, чем сэкономим на электроэнергии за 10 лет.
Для решения вопроса энергоэффективности необходим комплексный подход. Экономия за счет только лишь увеличения сопротивления теплопередаче бессмысленна. Важно заранее просчитать окупаемость энергосберегающих мероприятий, предусмотреть все возможные затраты, найти новые решения, пути. Одним из возможных решений при применении навесных вентилируемых фасадов может стать разработка и внедрение новых энергосберегающих технологий для этих систем. Примером реализации такой разработки может выступить навесной вентилируемый энергосберегающий фасад с применением технологии солнечных батарей (разработка «Юкон Инжиниринг», 2007 г.) и активные фасадные системы.
Для решения вопроса энергоэффективности необходим комплексный подход. Экономия за счет только лишь увеличения сопротивления теплопередаче бессмысленна. Важно заранее просчитать окупаемость энергосберегающих мероприятий, предусмотреть все возможные затраты, найти новые решения, пути. Одним из возможных решений при применении навесных вентилируемых фасадов может стать разработка и внедрение новых энергосберегающих технологий для этих систем
Немова Дарья, инженер,
кафедра «ТОЭС» ГОУ «СПбГПУ»
Литература
1. Федеральный закон № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».
2. Горшков А.С. Энергоэффективность в строительстве: вопросы нормирования и меры по снижению энергопотребления зданий/А.С. Горшков//Инженерно-строительный журнал. 2010. №1. С. 9–13.
3. Тазеева Е.Т., Горшков А.С. Расчет энергоэффективных зданий//Строительная теплофизика и энергоэффективное проектирование ограждающих конструкций зданий: сборник трудов Всеросс. научно-технич. конф. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011. С. 74–75.
4. Смирнова Т. Требования к теплоизоляции в конструкции вентилируемой фасадной системы/Т. Смирнова// Academia. Архитектура и строительство. 2009. № 5. С. 427–429.
5. Малоедов С.Д., Выгузов В.Н. Вентилируемые фасады – эффективное решение проблемы энергосбережения// Строительные материалы. 2001. № 5. С. 24.
6. Стародубцев В.Г., Поветкин С.В. Обеспечение эксплуатационных свойств ограждающих конструкций//Промышленное и гражданское строительство. 2009. № 5. С. 45–46.
7. Гликин С.М., Кодыш Э.Н. Навесные фасадные системы с эффективной тепоизоляцией и вентилируемым воздушным зазором//Промышленное и гражданское строительство. 2008. № 9. С. 36–37.
8. Горшков А.С. Конструктивное исполнение вентилируемого фасада повышенной надежности/А.С. Горшков, Д.Ю. Попов, А.В. Глумов//Инженерно-строительный журнал. 2010. № 8 (18). С. 5–9.
9. СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».
10. СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий».
11. Бутовский И.Н. Особенности теплотехнического расчета теплозащиты и энергопотребления современных жилых и общественных зданий при оценке их энергоэффективности/И.Н. Бутовский//Academia. Архитектура и строительство. 2009. № 5. С. 356–361.
12. Мехнецов И.А. Критерии выбора утеплителей для навесных вентилируемых фасадов//Промышленное и гражданское строительство. 2006. № 7. С. 54–58.
13. Ананьев А.А., Гохберг. Ю.Ц. Пути повышения срока безремонтной службы наружных стен жилых зданий, облицованных кирпичом//Промышленное и гражданское строительство. 2011. № 1.
14. Сапегина Е.А. Энергоэффективность системы навесного фасада с воздушным вентилируемым зазором: дисс. магистра техники и технологии: защищена 17.06.2009/ГОУ СПбГПУ, кафедра «Технология, организация и экономика строительства».
15. Умнякова Н.П. Элементы навесных вентилируемых фасадов, определяющие их теплозащитные качества//Academia. Архитектура и строительство. 2009. № 5. С. 372 –380.
16. Бердюгин И.А.Теплоизоляционные материалы в строительстве. Каменная вата или стекловолокно: сравнительный анализ/И.А Бердюгин//Инженерно-строительный журнал. 2010. №1. С. 26–31.
17. Кнатько М.В. К вопросу о долговечности и энергоэффективности современных ограждающих стеновых конструкций жилых, административных и производственных зданий/М.В. Кнатько, М.Н. Ефименко, А.С. Горшков//Инженерно-строительный журнал. 2008. № 2. С. 50–53.
18. Ступаков А.А. Обследование и мониторинг вентилируемого фасада с облицовкой плитами из натурального гранита/А.А. Ступаков//Academia. Архитектура и строительство. 2009. № 5. С. 530–533.
19. Гагарин В.Г. Теплофизические свойства современных стеновых ограждающих конструкций многоэтажных зданий/В.Г. Гагарин//Сборник трудов II Всероссийской научно-технической конференции «Строительная теплофизика и энергоэффективное проектирование ограждающих конструкций зданий» 10–11.12.2009. СПб., изд-во СПбГПУ, 2009. С. 33–45.
20. Широкородюк В.К. Влияние волокнистой структуры на прочность и теплопроводность минераловатных//Труды Кубанского государственного аграрного университета. 2008. № 12. С. 203–208.
21. Теплоизоляция двойной плотности для вентилируемых фасадов//Энергосбережение. 2008. № 4. С. 82–83.
