Новый подход к проектированию энергоэффективных жилых домов путем использования стоимости затрат жизненного цикла зданий

Авторы:

Е. Л. Николаева, первый заместитель председателя Комитета  Государственной думы по жилищной политике и ЖКХ, президент Национального агентства малоэтажного и коттеджного строительства

 В. С. Казейкин, заместитель председателя Экспертного совета по жилищной политике и ЖКХ при Комитете ГД РФ, вице-президент Национального агентства малоэтажного и коттеджного строительства

Сегодня разработка и продвижение идей энергоэффективного строительства и ЖКХ становятся необходимым условием качественного развития этих отраслей. Работа в этом направлении ведется многими общественными организациями и объединениями.

Надо отметить, что на протяжении долгого времени важную роль в этом процессе играло Национальное объединение проектировщиков, которое под руководством Михаила Посохина вело активную работу по внедрению инновационных ресурсосберегающих технологий и экологичных материалов посредством разработки нормативно-технических документов. Уверены, что новое национальное объединение — НОПРИЗ – во главе с Михаилом Посохиным успешно продолжит эту работу.

Стоит отметить, что активная деятельность по разработке подобного рода стандартов проводилась и на сегодняшний день продолжается  совместно с НОСТРОЙ, а некоторые из документов были разработаны при участии НАМИКС.

Указом Президента РФ от 4 июня 2008 года № 889 «О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики» предусмотрено снижение к 2020 году энергоемкости валового внутреннего продукта РФ, в том числе жилищного строительства, не менее чем на 40%. C целью создания правовых, экономических и организационных механизмов, стимулирующих применение энергосберегающих и экологически чистых технологий в строительстве, был принят Федеральный закон РФ от 23 ноября 2009 года № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности РФ».

В государственной программе «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020 года», принятой распоряжением Правительства РФ от 27 декабря 2010 года № 2446-р, также содержится требование по снижению энергоемкости валового внутреннего продукта РФ не менее чем на 40% до 2020 года. Требования к стадийному повышению энергетической эффективности на 15%  до 2015 года, еще на 15% с 2016 года и еще на 10% с 2020 года содержатся в Приказе Министерства регионального развития РФ от 28 мая 2010 года № 262 «О требованиях энергетической эффективности зданий, строений, сооружений». Таким образом, строительство жилых домов должно вестись с поэтапным увеличением требований к энергоэффективности зданий, что сопряжено с увеличением стоимости строительства квадратного метра жилья.

Вместе с тем Указом Президента РФ от 7 мая 2012 года № 600 «О мерах по обеспечению граждан РФ доступным и комфортным жильем и повышению качества жилищно-коммунальных услуг» Правительству РФ поручено до 2018 года обеспечить снижение стоимости одного квадратного метра жилья на 20% путем увеличения объема ввода в эксплуатацию жилья экономического класса.

Решение этих двух, казалось бы, взаимоисключающих задач становится возможным если рассматривать не только первоначальную стоимость строительства жилья, но и совокупную стоимость владения на всех стадиях жизненного цикла жилого дома: проектирование, строительство с учетом затрат на энергоэффективные мероприятия, эксплуатация и обеспечение коммунальными ресурсами, ремонт и снос. В этом случае первоначальное удорожание строительства от внедрения энергоэффективных технологий в разы компенсируется экономией, полученной в период жизненного цикла эксплуатации домов.

Формирование такого подхода предусмотрено Комплексом мер по стимулированию применения в строительстве и ЖКХ передовых материалов отечественного производства, разработанным Аппаратом Правительства РФ, по результатам совещания Председателя Правительства РФ с участием представителей НАМИКС в г. Перми. В указанном Комплексе мер было сформировано предложение о внесение изменений и дополнений в Федеральный закон от 21 июня 2005 года № 94-ФЗ   «О размещении заказов на поставки товаров, выполнение работ, оказание услуг для государственных и муниципальных нужд» в части установления обязательности использования при проектировании и строительстве современных энергоэффективных строительных материалов и оборудования.

В настоящее время Государственной думой принят и широко используется на практике Федеральный закон «О контрактной системе в сфере закупок товаров, работ, услуг для обеспечения государственных и муниципальных нужд». Указанный закон регулирует отношения, направленные на обеспечение государственных и муниципальных нужд в целях повышения эффективности, результативности осуществления закупок товаров, работ, услуг, обеспечения гласности и прозрачности осуществления таких закупок, предотвращения коррупции и других злоупотреблений в сфере таких закупок (статья 1). Одним из основных принципов контрактной системы в сфере закупок является принцип стимулирования инноваций, в соответствии с которым заказчики при планировании и осуществлении закупок должны исходить из приоритета обеспечения государственных и муниципальных нужд путем закупок инновационной и высокотехнологичной продукции (статья 10). Новацией данного закона является положение (статья 32, пункт 1), по которому для оценки заявок участников устанавливаются не один критерий, как было ранее (цена контракта), а четыре следующих критерия:

1) цена контракта;

2) расходы на эксплуатацию и ремонт товаров, использование;

3) качественные, функциональные и экологические характеристики объекта закупки;

4) квалификация участников закупки, в том числе наличие у них финансовых и материальных ресурсов, опыта работы и деловой репутации работников определенного уровня квалификации.

При этом первые три критерия (цена контракта, расходы на эксплуатацию и ремонт, а также экологические, в том числе энергоэффективные характеристики) являются составными характеристиками жизненного цикла. Всем этим критериям присваиваются весовые коэффициенты, которые суммируются при подведении итогов конкурсов по закупкам.

Кроме того, в установленных Правительством Российской Федерации случаях для оценки заявок участников закупки в документации о закупке вместо таких критериев, как цена контракта и расходы на эксплуатацию и ремонт, заказчик вправе устанавливать в качестве критерия стоимость жизненного цикла товара или созданного в результате выполнения работы объекта. Критерий стоимости жизненного цикла товара или созданного в результате выполнения работы объекта включает в себя расходы на выполнение работы, последующее обслуживание, эксплуатацию в течение срока их службы, ремонт, утилизацию созданного в результате выполнения работы объекта (статья 32, пункт 3).

Применительно к жилищному строительству особенно актуален подход с использованием стоимости затрат жизненного цикла для Государственной корпорации — Фонд содействия реформирования ЖКХ (далее — Фонд ЖКХ), который в рамках реализации программы по переселению граждан из ветхого и аварийного жилья в субъектах РФ построил более 40 и строит еще 17 энергоэффективных домов класса А и В+. Реализация указанных  проектов стала возможной благодаря активному участию субъектов Федерации.

Еще большее значение вопрос о необходимости разработки и практического использования стоимости затрат жизненного цикла энергоэффективного жилого дома с учетом совокупных затрат приобрел после выхода Постановления Правительства РФ от 21 февраля 2013 года № 147 о порядке предоставления в 2013–2015 годах субсидий в Фонд содействия реформированию жилищно-коммунального хозяйства.

Указанное Постановление направлено на реализацию закона о бюджете, которым предусмотрены субсидии из федерального бюджета в 2013–2015 годах в виде имущественных взносов Российской Федерации в Фонд ЖКХ в размере 139,655 миллиарда рублей. По данным экспертов, потенциал энергосбережения в России только в сфере строительства и ЖКХ составляет не менее 400 миллионов тонн условного топлива в год, а это около 30–40% энергопотребления всей страны.

Однако действующая система нормирования цены строительства жилья по программе Фонда ЖКХ по переселению граждан из аварийных домов не учитывает требования по повышенному уровню энергоэффективности зданий. Это одна из основных проблем, сдерживающих применение энергоэффективных решений и требующая применения нового подхода к формированию цены с учетом стоимости жизненного цикла.

Основываясь на новом подходе к формированию цены с учетом стоимости жизненного цикла, НОП (ныне НОПРИЗ) совместно с НАМИКС и МАИФ разработали  методику по расчету стоимости затрат жизненного цикла энергоэффективного жилого дома с учетом совокупных затрат.

В июне 2014 года решением Совета НОП данные рекомендации были утверждены и введены в действие. Их целью является оказание методической помощи  членам СРО нацобъединения для  участия в  открытых конкурсах по определению исполнителя  работ  по проектированию многоквартирных жилых домов.

Существующая система расчетов только косвенно учитывает затраты на строительство и прежде всего ориентирована на реализацию государственных программ, которые предусматривают приобретение готового жилья на рынке. Согласно концепции энергоэффективного дома, необходимо изменить подходы именно к строительству жилья и основную часть программ Фонда ЖКХ по переселению граждан из аварийных домов реализовывать через строительство жилых зданий с заданным уровнем энергоэффективности.

Анализ СЗЖЦ поможет определить, является ли экономически эффективным включение инновационных утеплителей или высокопроизводительного энергоэффективного оборудования еще на стадии проектирования энергоэффективного дома. Эти материалы и технологии могут увеличить первоначальную стоимость, но в результате существенно сократить операционные расходы на стадии эксплуатации здания, которая в среднем составляет 75% от общего жизненного цикла жилого дома (рис. 1).

Рис. 1. Этапы жизненного цикла жилого дома

Расчет по методу СЗЖЦ может быть выполнен как для построенных объектов, так и при проектировании зданий, пока есть возможность беспрепятственно вносить изменения в проект будущего энергоэффективного дома для обеспечения снижения совокупной стоимости владения (рис. 2).

Рис. 2. Составные блоки Методики расчета СЖЦ

Основными целями разработанной специалистами НОП (ныне НОПРИЗ), НАМИКС и МАИФ методики являются:

• установить терминологию и общую методологию определения СЗЖЦ;
• обосновать использование расчета СЗЖЦ для применения в программах Фонда ЖКХ при проектировании и строительстве энергоэффективных домов;
• обосновать процесс принятия решений и оценки процессов на соответствующих этапах жизненного цикла для разных проектов энергоэффективных домов;
• обеспечить основу для последовательного прогноза СЗЖЦ и оценки энергоэффективных жилых домов, позволяющую обеспечить надежный уровень сравнительного анализа.

Положения методики по определению СЗЖЦ предназначены в первую очередь для:

• Фонда ЖКХ при определении приоритетности выделения средств на реализацию программ по переселению граждан из ветхого и аварийного жилья в субъектах РФ и расчета предельных цен строительства энергоэффективных домов;
• региональных и муниципальных органов власти, организующих и проводящих конкурсные процедуры по отбору застройщиков, участвующих в строительстве жилых домов в рамках программ по переселению граждан из ветхого и аварийного жилья;
• научно-исследовательских и проектных организаций, разрабатывающих генеральные планы населенных пунктов и проекты энергоэффективных домов для строительства в рамках программ по переселению граждан из ветхого и аварийного жилья;
• специализированных поставщиков энергоэффективных материалов, оборудования и комплектующих изделий, применяемых в строительстве энергоэффективных жилых домов;
• управляющих компаний, заинтересованных в долгосрочном управлении жилыми домами и в уменьшении эксплуатационных расходов за весь жизненный период эксплуатации;
• жителей домов, являющихся конечными пользователями объектов недвижимости и нуждающихся в уменьшении оплаты услуг ЖКХ.

Методика прошла практическую апробацию при проведении расчетов стоимости жизненного цикла энергоэффективных домов, построенных в разных регионах России. Результаты расчетов CЖЦ для 12-квартирного малоэтажного жилого дома в поселке «Экодолье Оренбург» за 30 лет эксплуатации говорят о том, что стоимость владения этим домом будет в 2,5 раза меньше, чем аналогичного неэнергоэффективного дома.

Результаты расчетов СЖЦ

Идея доработки компьютерной программы для автоматизированного расчета жизненного цикла жилого здания с учетом стоимости совокупных затрат требует участия высококвалифицированных специалистов. Поэтому будет правильным, если эта работа будет вестись давно сложившимся профессиональным коллективом НОП, теперь НОПРИЗ, совместно с НАМИКС и МАИФ.

Надеемся, что деятельность по разработке методических рекомендаций по расчету стоимости жизненного цикла энергоэффективного оборудования, энергоэффективных материалов и конструкций с учетом стоимости совокупных затрат будет продолжена, а методика — доработана с использованием Каталога технических решений и практических рекомендаций по энергосбережению и повышению энергетической эффективности зданий и сооружений, изданного под эгидой НОП (ныне НОПРИЗ) и НОСТРОЙ.

Авторы планируют посвятить вопросам, связанным с оценкой стоимости жизненного цикла при жилищном строительстве цикл статей и для этого приглашают профессионалов к широкой дискуссии по данному вопросу.

Скачать статью в pdf — формате: Новый подход к проектированию энергоэффективных жилых домов путем использования стоимости затрат жизненного цикла зданий

Оптимизация классификации зданий по энергетической эффективности

В. И. Ливчак, член президиума НП «АВОК»

В журнале «Энергосбережение» № 3-2016 были опубликованы статьи А. В. Фадеева, эксперта Департамента ЖКХ Минстроя России, и И. А. Башмакова, генерального директора Центра энергоэффективности — XXI век (ЦЭНЭФ-XXI), в которых рассматривались варианты таблицы классов энергетической эффективности строящихся и эксплуатируемых зданий. Объективности ради следовало бы к приведенному анализу добавить еще основополагающую, впервые опубликованную в СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», таблицу 3 классов энергоэффективности зданий.

Эта таблица включала 5 классов от «А» — самый высокий (величина отклонения расчетного (фактического) значения удельного расхода тепловой энергии на отопление здания от нормативного составляла менее минус 51%) до «Е» — самый низкий (величина отклонения более 76%), с нормальным классом «С» (величина отклонения которого от плюс 5 до минус 9%). Она не соответствует принятой в настоящее время европейской градации классов от А до G c нормальным D посередине, но она объективно отражает существующее в России граничное состояние удельного теплопотребления на отопление многоквартирных домов (МКД) в 76% (спустя десятилетие можно принять — 70%), в которое укладывается большинство построенных в прошлом веке МКД. Если границу поставить на уровне 45–55%, то практически все эти МКД окажутся в категории, подпадающей под немедленное утепление.

Такое сопоставление сразу ставит под сомнение рекомендуемую А. В. Фадеевым таблицу, поскольку в ней в нарушение табл. 3 СНиП 23-02-2003 без всякого основания величина отклонения самого низкого класса G принята более 50%.  Следует отметить и сугубо формальный, также не обоснованный, подход к установлению 15%-ного диапазона величины отклонений последующих более высоких классов после нормального D, на что было указано в замечаниях Минэнерго России.

С этих позиций предложенная нами таблица классов энергетической эффективности зданий, основанная на приведенной в [1 и 2] таблице, гармонизированной с европейскими нормами в части диапазона классов от А до G с нормальным D, начинающимся с нуля, и расширенной по статье И. А. Башмакова диапазоном дополнительных классов А+, А++ и А+++, больше отвечает требованиям табл. 3 СНиП 23-02-2003 по классам ниже нормального и последующего Постановления Правительства РФ от 25.01.2011 № 18 о повышения энергетической эффективности зданий с 2011 года на 15% по сравнению с базовым (нормальным) уровнем, с 2016 года еще на 15% и с 2020 года еще на 10%, или в целом на 40% по отношению к базовому уровню.

Отсюда в объединенной табл. 1, приведенной ниже, в классе С — повышенном по отношению к нормальному D, величина отклонений начинается с -15%, а в классе В — с -30%, что соответствует 15%-ному диапазону отклонений, характерному для 1-го и 2-го этапов повышения энергоэффективности по Постановлению № 18, но в классе В максимальная величина отклонений должна соответствовать -40%, что составляет 10%-ный диапазон отклонений, характерный для 3-го этапа Постановления. Такой 10%-ный диапазон отклонений целесообразно сохранить для более высоких классов энергоэффективности, потому что за -40%-ным снижением каждый процент дополнительного снижения требует более существенного увеличения объема инвестиций.

Для того чтобы обозначить высокие классы с буквы А и производными от нее с плюсами, предлагаем назвать класс В близким к высокому (по аналогии с классом, близким к нулевому энергопотреблению), добавив еще один класс А+++ и соответственно сдвинув их названия.

Таблица 1. Классы энергетической эффективности

Примечание. Для сравнения ниже приводится таблица из приказа Минстроя № 399/пр от 06.06.2016 г. (термин «включительно» здесь лишний, так как термин «до» означает: исключая число, указанное после этого термина, а термин «от» — включая число после него.

Таблица № 2. Классы энергетической эффективности

Одновременно следует уточнить таблицу базового удельного годового расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию многоквартирных домов (МКД), претерпевшую изменения по сравнению с приведенной в [1 и 2] в части показателей малоэтажных МКД и включения в суммарное удельное годовое энергопотребление удельного расхода электрической энергии на общедомовые нужды в размере 6 кВт·ч/м² в год для зданий выше 5 этажей и 2 кВт·ч/м² для зданий 5 этажей и ниже (из-за отсутствия лифтов), с коэффициентом пересчета электрического квт в тепловой в размере 2,5 по соотношению стоимости этих киловатт для населения.

Методика расчета показателей удельного годового расхода энергетических ресурсов гражданских зданий приведена в стандарте Национального объединения проектировщиков (НОП, в настоящее время объединено с таким же объединением изыскателей под аббревиатурой НОПРИЗ) «Требования к содержанию и расчету показателей энергетического паспорта проекта жилого и общественного здания», СТО НОП 2.1-2014, разработанного НП «АВОК». В этом же стандарте приводится пример расчета энергоэффективности 20-этажного МКД, для которого удельное годовое электропотребление на общедомовые нужды, включая искусственное освещение мест общего пользования, работу циркуляционных насосов отопления и горячего водоснабжения, подкачивающих водопроводных насосов и лифтов, без использования энергосберегающих решений составило 7,0 кВт·ч/м² площади квартир. Применение же датчиков движения или автоматического отключения через заданный период времени с целью энергосбережения на освещение, использование более совершенной программы управления лифтами и оборудование подкачивающего насоса системы водоснабжения, работающего в переменном режиме, частотно-регулируемым электроприводом снизило расходы на общедомовые нужды до 4,2 кВт·ч/м². Это укладывается в приведенный выше и заложенный в таблицу базовый уровень электропотребления МКД.

В отношении малоэтажных МКД нами в таблицу включены 2-этажные секционные многоквартирные дома, широко распространенные в малых городах, показателей по которым нет в табл. 9 СНиП 23-02-2003, а также уточняются показатели для домов в 4 и 6 этажей, поскольку при переходе с 8 этажей на 6-этажный МКД должен быть более резкий рост удельного годового теплопотребления на ОВ, связанный с переходом от домов с «теплым» чердаком, которые на 5–7% потребляют меньше теплоты, чем дома с совмещенным бесчердачным покрытием.

Дальнейший рост с переходом на  4- и 2-этажные дома связан с повышением относительной площади наружных ограждений к площади квартир с A_ext/A_h = 0,96 для 8-этажного дома до 1,3 и 2,0, соответственно 4- и 2-этажного. Выполненный нами пересчет на базе нескольких типовых проектов МКД показал, что для 2-этажного дома базовый удельный годовой расход тепловой энергии на ОВ по отношению к 8-этажному МКД составит 1,45, для 4- и 6-этажных домов, соответственно 1,19 и 1,1, а для 10- и 12-этажных домов 0,95 и 0,92 — оставлено, как было принято в табл. 9 СНиП 23-02-2003. С учетом этих уточненных расчетов пересчитаны показатели этих домов на другие ГСОП.

Далее следует признать, что авторами приказа Минстроя № 399/пр от 06.06.2016 г. неправильно было понято примечание к табл. 9 СНиП 23-02-2003: «Для регионов, имеющих значение D_d = 8000 °С·сут и более, нормируемые следует снизить на 5%». Оно означает, что для регионов с самой суровой зимой (ГСОП = 8000 °С·сут и более), чтобы излишне не ужесточать требования повышения энергетической эффективности строящихся в них зданий, эти требования следует снизить на 5%, то есть нормируемые значения должны быть таковыми, чтобы максимально возможные расчетные значения удельного годового расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию зданий были бы на 5% меньше, чем устанавливаемые для регионов с ГСОП менее 8000 °С·сут. А это значит, что базовые значения удельного годового расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию зданий, строящихся в регионах с ГСОП = 8000 °С·сут и более, должны быть не умножены на величину (1 – 0,05= 0,95), а поделены.

Также при использовании регионального коэффициента пересчета удельного годового расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию при задании показателя базового потребления тепловой энергии здания в размерности Вт·ч/(м²×^oC×сут) его надо не умножать на произведение(из табл. 8 и 9 СНиП, пересчитанное с кДж в Вт·ч) и ГСОП, а делить. В расчетах, обосновывающих значения этого коэффициента, в [1, 2] были получены не базовые показатели удельного годового расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию МКД, а расчетные значения с учетом повышения расчетного сопротивления теплопередаче наружных ограждений согласно табл. 4 СНиП 23-02-2003, которые оказались ниже базовых, определенных простым умножением на ГСОП без учета этого повышения, на величину, названную региональным коэффициентом пересчета — к_рег.

Причем, поскольку нормируемое повышение сопротивления теплопередаче наружных ограждений по табл. 4 СНиП 23-02-2003 начинается с минимального значения ГСОП = 2000 °C·сут, то нельзя за исходное значение для определения расчетных годовых расходов при других ГСОП принимать какое-то среднее значение ГСОП. Поэтому в нижеследующих расчетах принимаем за исходное для определения расчетных годовых расходов ГСОП = 2000 °C·сут и относительно его рассчитаем показатели для других ГСОП.

Рис. 1 Изменение относительных теплопотерь через ограждения здания при повышении их теплозащиты (голубая заливка – по стенам для центрального региона, салатовая – для северных регионов и Сибири).

Сначала пересчитаем, каково будет соотношение составляющих теплового баланса 8-этажного МКД для ГСОП = 2000 °C·сут при известном соотношении для ГСОП = 5000 °C·сут, приведенное в [1 на рис. 1] (относительные теплопотери через стены — 0,215, через перекрытия — 0,05, через окна — 0,265 и на нагрев наружного воздуха для вентиляции — 0,47 от суммарных теплопотерь). Предварительно установим, как изменятся относительные теплопотери наружных ограждений при уменьшении базового сопротивления теплопередаче стен с R_W= 3,15 м²·°C/Вт для ГСОП = 5000 до R_W= 2,1 м²·°C/Вт при ГСОП = 2000: они повысятся с 0,302 до 0,453 (см. рис. 2 из [1]) и составят 0,453/0,302 = 1,5 по отношению к значению для ГСОП = 5000. Относительные теплопотери через окна при уменьшении их базового сопротивления теплопередаче с R_F= 0,54 до 0,3 м²·°C/Вт повысятся от 0,63 до 1,134 и составят 1,134/0,63 = 1,8 по отношению к значению для ГСОП = 5000. И согласно формуле (2 из [1]) найдем q‾ _{тп.max (для ГСОП = 2000)} при q‾_{тп.max (для ГСОП = 5000)} = 1:

_{q‾тп.max (для ГСОПиск.)} =q‾ _{тп.max (для ГСОПисх.)}·[q‾_{ст. + пер.} +  q‾_ок. + q‾_{вент.исх.}]·(t_вн. – t_н.иск.^р)/(t_вн. –t_н.исх.^р) =

1·[(0,215+0,05)·1,5 + 0,265·1,8 + 0,47]·(20+7)/(20+28) = 0,756, соответственно q‾_от.max = q‾_{тп.max (для ГСОП = 2000)} –q‾_быт. = 0,756 – 0,19 = 0,566; q‾_быт./q‾_от.max = 0,19/0,566 = 0,336 (см. строку для ГСОП = 2000 во 2-й части табл. 2).

Далее, по аналогичной методике были пересчитаны требуемые расчетные удельные годовые расходы тепловой энергии на отопление и вентиляцию дома — аналога для всех искомых значений ГСОП_иск., принимая за исходное значение, с которым сравниваются все остальные и при котором пересчет выполняется умножением только на ГСОП, значения ГСОП_исх.  = 2000 ^oC×сут (см нижеследующую табл. 2), с целью установления закономерности изменения удельного годового расхода в зависимости от ГСОП через поправочный региональный коэффициент пересчета к_рег., определяемый:

к_рег. =(ГСОП_исх./ГСОП_иск.)·q_{иск.от. + вент.}^{год.расч.}/q_{исх.от. + вент.}^{год.расч.}.

Результаты промежуточных расчетов со всеми исходными данными и вычислением по формулам в [1] сведены в нижеследующую табл. 3.

Таблица 3. Исходные данные для расчета регионального коэффициента пересчета энергопотребления МКД, заданного в Вт·ч/(м²×^oC×сут) на кВт·ч/м² при к_рег.= 1,0 для ГСОП = 2000 и менее на примере типового 8-этажного дома

Примечания.

1. Колонки 7 и 10 — доля снижения теплопотерь через наружные ограждения, находится по рис. 2 из [1].

2. Колонка 12 — q‾_тп.max – относительная сумма расчетных теплопотерь через все наружные ограждения и на нагрев наружного воздуха в объеме нормативного воздухообмена, отнесенная к разности температур внутреннего и наружного воздуха в 1 ^oC.

3. Колонка 13 —  q‾_вн./q‾_тп.max — относительные внутренние теплопоступления в здание, отнесенные к относительной сумме расчетных теплопотерь при ГСОП = 5000 ^oC×сут.

4. Колонка 14 —  q‾_от.max — относительный расчетный расход тепловой энергии на  систему отопления здания _от.max = _тп.max – _вн./_тп.max.

5. Колонка 15 — q‾_вн/q‾_от.max — относительные внутренние теплопоступления в здание, отнесенные к относительному расчетному расходу тепловой энергии на систему отопления при разных градусо-сутках отопительного периода региона строительства.

6. Колонка 16 — q_{от. + вент.}^{год.баз.} базовый удельный годовой расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания без учета повышения R_огр.^тр. с увеличением ГСОП, q_{от.+ вент.}^{год.баз.} = (/3600)·ГСОП;

7. Колонка 17 — q‾_от.ср. — относительная величина среднего за отопительный период расхода тепловой энергии на систему отопления для определения расчетного удельного годового расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания при разных ГСОП:q‾ _от.ср.= [(1+ q‾_вн/q‾_от.max)·ГСОП/(t_в – t_н^р) – Z_от.п.·_вн./q‾_от.max]·24·10^-3·q‾_от.max·q_от.^р_{(при ГСОП = 5000)} (формула4из [1]).

8. Колонка 18 — q_{от. + вент.}^{год.расч.} — расчетный удельный годовой расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания q_{(от. + вент.) при ГСОПиск.}^{год.расч.} = q_{(от. + вент.) ГСОПисх. = 2000} ^{год.расч.}·  _{q‾от.ср.ГСОП иск.}/q‾_{от.ср.ГСОП = 2000} (_{ГСОПиск}. — искомое значение ГСОП, при котором определяется q_{от. + вент.}^{год.расч.}, по известному значению для исходного ГСОП = 2000 ^oC×сут).

9. Колонка 19 — к_рег. — региональный коэффициент пересчета удельного годового расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания, при задании показателя базового потребления тепловой энергии в размерности Вт·ч/(м²×^oC×сут):к_рег.= q_{от. + вент.}^{год.расч.}/q_{от. + вент.}^{год.баз.}.

10. Колонка 20 — q_{от. + вент.}^{год.баз.норм.} — нормируемый базовый удельный годовой расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания с учетом повышения R_огр.^тр. с увеличением ГСОП и к_рег. по значениям в колонке 19, q_{от. + вент.}^{год.баз.норм.} = (/3600)· ГСОП/к_рег..

11. Колонка 21 — округленные значения к_рег., принимаемые для расчетов табл. 3.

12. Колонка 22 — то же, что в колонке 20 по округленным значениям к_рег. = 1 при ГСОП = 2000 и к_рег. = 0,88 при ГСОП = 5000 и выше.

Для удобства расчетов округлим 4 последних показателя к_рег. в колонке 19, полученные делением расчетных значений теплопотребления на отопление и вентиляцию здания q_{от. + вент.}^{год.расч.} (колонка 18) на базовые, полученные без учета повышения сопротивления теплопередаче наружных ограждений по табл. 4 СНиП 23-02-2003 (колонка 16), которым соответствовали базовые значения с учетом повышения R_огр.^тр. (колонка 20), на к_рег. = 0,88. Этим новым значениям к_рег., приведенным в колонке 21, будут соответствовать новые значения нормируемого базового удельного расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания q_{от. + вент.}^{год.баз.норм.}, приведенные в колонке 22. Как видим по сопоставлению с более точными значениями в колонке 20, погрешность нормируемых значений не превышает 1,6–2,5%.

Поэтому для получения нормируемого базового удельного теплопотребления на отопление и вентиляцию здания, учитывающего повышение расчетного сопротивления теплопередаче наружных ограждений с повышением ГСОП, на такую же величину следует увеличить значение базового расхода, не учитывающего этого повышения, и формула А.2 Приложения А стандарта СТО НОП 2.1-2014 будет иметь следующее написание:

q_{от. + вент.}^{год.баз.норм.} = (/3600)·ГСОП/к_рег.,

где — удельный годовой расход тепловой энергии на систему отопления, отнесенный к градусо-суткам отопительного периода, кДж/(м²×^oC×сут); принимают по таблице 9 СНиП 23-02-2003;

3600 — коэффициент пересчета кДж в Вт·ч;

ГСОП — градусо-сутки отопительного периода региона строительства;

к_рег. — региональный коэффициент пересчета удельного годового расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания, при задании показателя базового потребления тепловой энергии в размерности Вт·ч/(м²×^oC×сут), который следует принимать в зависимости от величины градусо-суток отопительного периода региона строительства для зданий с ГСОП = 2000 ^oC×сут к_рег. = 1,0; с ГСОП = 5000 ^oC×сут и выше к_рег. = 0,88; в интервале ГСОП = 2000–5000 ^oC×сут — по линейной интерполяции.

Поскольку для зданий с ГСОП = 5000 ^oC×сут и выше к_рег. = 0,88, что больше, чем пятипроцентное снижение требуемой энергоэффективности по приложению к табл. 9 СНиП 23-02: (1 – 0,05 = 0,95), дополнительного снижения требуемого значения энергетической эффективности не требуется.

Ниже приводится уточненная табл. 4 нормируемых базовых удельных годовых показателей энергопотребления МКД и нормируемых в соответствии с Постановлением № 18 с 2016 года удельных суммарных годовых расходов энергоресурсов, в том числе отдельно на отопление и вентиляцию (нормируемых базовых в отличие от базовых, принимаемых по результатам фактического измерения в предыдущий перед внедрением энергосберегающих мероприятий период для оценки энергоэффективности этого мероприятия в сравнении с последующим периодом).

Таблица 4. Нормируемые базовый и требуемый по Постановлению ПРФ №18 с 2016 г. удельный годовой расход энергетических ресурсов в многоквартирном доме, отражающий суммарный удельный годовой расход тепловой энергии на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение, а также электрической энергии на общедомовые нужды многоквартирных жилых домов

Примечания:

1) при определении базового уровня удельного годового расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию была принята температура внутреннего воздуха в квартирах 20 ^оС, расчетное заселение 20 м² общей площади квартир на одного жителя, что соответствует нормативному воздухообмену 30 м³/ч на одного жителя и удельным бытовым внутренним теплопоступлениям 17 Вт/м² жилой площади;

2) базовый уровень удельного годового расхода тепловой энергии на горячее водоснабжение принимается в соответствии с СП 30.13330 для заселенности 20 м² общей площади квартир и зависит от климатического района как по водопотреблению, так и по длительности отопительного периода, с отнесением к градусо-суткам нормативного отопительного периода: при ГСОП = 2000 °С·сут равен 149 кВт·ч/м², ГСОП = 3000–6000 °С·сут равен 135 кВт·ч/м² и ГСОП = 8000–10000 °С·сут равен 138 кВт·ч/м²;

3) базовый уровень удельного годового расхода электрической энергии на общедомовые нужды равен 6 кВт·ч/м² площади квартир для зданий выше 5 этажей и 2 кВт·ч/м² для зданий 5 этажей и ниже (из-за отсутствия лифтов).

Аналогичные данные по одноквартирным отдельно стоящим и блокированным домам, а также общественным зданиям различного назначения и режима использования приводятся в табл. А.2 и А.3 Приложения А, В.4 и В.5 Приложения В стандарта СТО НОП 2.1-2014.

Следует отметить, что эта таблица хоть и отражает перечень нормируемых по постановлению Правительства РФ № 18 потребленных энергоресурсов многоквартирных домов, но это не полный перечень. Неоправданно пропущена такая статья как потребление электроэнергии в квартирах на искусственное освещение и пользование электроприборами и электрооборудованием. Без нее будет неполной оценка энергопотребления конечным потребителем, и в настоящее время есть возможность восполнить этот пробел.

В [3] приводится сопоставление удельных значений потребления электроэнергии в квартирах из «Методических рекомендаций по формированию нормативов потребления услуг жилищно-коммунального хозяйства», утвержденных приказом министра экономики РФ №240 от 06.05.1999 г. с рекомендуемыми значениями в европейских нормах (таблица G.12 EN ISO 13790). После пересчета на российские условия заселенности МКД установлены величины удельного годового электропотребления квартир с электроплитами при заселенности в 20 м² на человека 43 кВт·ч/м², а при 40 м² на человека  27 кВт·ч/м², то же в квартирах с газовыми плитами, соответственно 26,2 и 16,4 кВт·ч/м². Эти величины должны быть добавлены к суммарным значениям базового удельного годового энергопотребления МКД в табл. 3.

Приведенные таблицы распространяются на вновь строящиеся, капитально ремонтируемые и эксплуатируемые здания. Считаю очень важным отменить распространенное положение о том, что если в течение 2–3 сезонов измеренный приборами учета и пересчитанный на нормализованный отопительный период расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию МКД близки по величине, то это и есть требуемый расход для данного дома. В моей статье в том же номере журнала «Энергосбережение» № 3-2016 под названием «Стратегия автоматического регулирования систем отопления многоквартирных домов» как раз подтверждается, что это не так.

В связи с этим должно быть исключено использование метода аналогов для установления норматива теплопотребления на коммунальную услугу отопления, принятое в Правилах установления и определения нормативов потребления коммунальных услуг, утвержденных Постановлением Правительства РФ от 23.05.2006 г. № 306, и пользоваться только расчетным методом.

Для оценки ожидаемого расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию и для выявления резервов экономии энергии зданий в сравнении с результатами фактического измерения теплопотребления следует составлять энергетический паспорт эксплуатируемого дома так же, как и по проектной документации в соответствии со стандартом СТО НОП 2.1-2014, но с учетом фактического заселения дома и фактических теплотехнических показателей наружных ограждений (или пересчитанных по фактической конструкции). Такое действие позволит также оценить фактическую величину запаса в поверхности нагрева отопительных приборов, создаваемую из-за несоблюдения теплового баланса при расчете теплопотерь зданий.

В статье показано, как в д. 57 по ул. Обручева была реализована путем настройки контроллера регулятора подача теплоты на отопление по расчетной зависимости с учетом выявленного запаса при проектировании системы отопления дома и увеличивающейся доли внутренних теплопоступлений в тепловом балансе дома с повышением наружной температуры. В результате фактическое теплопотребление дома 57 составило в среднем на 47% ниже аналогичных трех домов (той же серии, этажности, капитальный ремонт которых был проведен в том же объеме), в которых также работала система авторегулирования подачи теплоты на отопление, но настроенная на проектные расчетные параметры. И это было реализовано не в течение каких-то нескольких дней, а в течение 5 месяцев подряд, обеспечивая на комфортном уровне температурный и воздушный режимы в квартирах, а теплопотребление подтверждено сертифицированными приборами учета.

Вот где заложена реальная экономия теплоты без дополнительных капиталовложений, а только за счет выполнения необходимых в соответствии со стандартом СТО НОП 2.1-2014 расчетов и перенастройки контроллера регулятора подачи теплоты на отопление и циркуляционного отопительного насоса на нужную производительность по методике, изложенной в Приложениях Г и Д того же стандарта НОП.

Интересно оценить потенциал энергосбережения в МКД после реализации повышения теплозащиты зданий для обеспечения их нормируемой энергетической эффективности к 2016 году. Как было показано в [3, 4], нормируемый с 2016 года уровень энергетической эффективности МКД обеспечивается за счет повышения теплозащиты и совершенствования авторегулирования подачи теплоты на отопление зданий. Для оценки доли каждой составляющей энергетического баланса МКД в федеральных нормах на базовом уровне и нормируемых требований с 2016 года составим табл. 4, а затем для наглядности графическое отражение ее на рис. 1. Базовый удельный годовой расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию МКД, строящегося в Москве при ГСОП = 4551 °С·сут. и К_рег. = 0,898, принимается по позиции 1 и колонке «более 12 этажей» табл. 9 СНиП 23-02-2003  q_ h_req= 70 кДж/(м²·°С·сут) и с учетом пересчета из кДж в Вт·ч составит:

q_{от. + вент.жил.}^{год.баз.}= (70/3600)·4551/0,898 = 98,5 кВт·ч/м² площади квартир.

Нормируемый с 2016 года расход тепловой энергии на те же цели будет 98,5·(1 –0,3) = 69 кВт·ч/м².

Предварительно разобьем удельный годовой расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания на его составляющие, приняв расчетный воздухообмен в соответствии с СП 60.13330.2012 на одного жителя 30 м³/ч или при принятой расчетной заселенности 20 м² общей площади квартиры на человека — 30/20 = 1,5 м³/(ч·м²). Тогда расход тепловой энергии на нагрев такого количества наружного воздуха для вентиляции составит:

q_вент.^{год.баз.} = 0,28·1,5·1,2·1,0·4551·24·10^-3 = 55 кВт·ч/м² в год.

Соответственно, базовый удельный расход тепловой энергии на отопление как разность теплопотерь через наружные ограждения и внутренних теплопоступлений с понижающим коэффициентом на их неполное использование для условий г. Москвы будет:

q_от.^{год.ба.з} = q_{от. + вент.}^{год.баз.} – q_вент.^{год.баз.} = 98,5 – 55 = 43,5 кВт·ч/м² в год.

А с 2016 года, учитывая, что расход тепловой энергии на нагрев наружного воздуха для вентиляции остается в том же объеме, но теплозащита наружных ограждений повысится, нормируемый удельный расход тепловой энергии на отопление значительно снизится и будет:

q_от.^год.2016 = 69 – 55 = 14 кВт·ч/м² в год.

Таблица 5. Баланс годового энергопотребления МКД в 12 и выше этажей в базовых условиях и в соответствии с требованиями на 2016 год в кВт·ч/м² и %

Рис. 2. Диаграмма баланса энергопотребления многоквартирного дома.
Обозначения: синий — отопление за вычетом бытовых тепловыделений; красный — вентиляция; зеленый — горячее водоснабжение; фиолетовый — электроснабжение общедомовое

Из табл. 5 и рис. 1 следует, что основное направление дальнейшего повышения энергетической эффективности МКД — это снижение теплопотребления на вентиляцию и горячее водоснабжение за счет осуществления утилизации тепла вытяжного воздуха и применения тепловых насосов. А пока для обеспечения требований руководства страны по повышению энергетической эффективности зданий необходимо выполнять дополнительное утепление наружной оболочки исходя из вышеприведенных указаний, в том числе и при проведении капитального ремонта, а также осуществлять автоматическое регулирование подачи теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение по оптимальным графикам и учет тепловой энергии в соответствии с действующим законодательством.

Как показывают последние исследования [5, 6], реализация энергосберегающих мероприятий в виде дополнительного утепления зданий и оптимизации авторегулирования подачи тепла на отопление и, возможно, утилизации тепла вытяжного воздуха для нагрева приточного воздуха или воды на горячее водоснабжение при расчете стоимости жизненного цикла дома, включающего в себя расходы на проектирование, монтаж, последующее обслуживание, эксплуатацию в течение срока службы 30–50 лет до очередного капремонта, экономически оправданно. Не следует забывать, что сокращение энергопотребления зданием снижает количество топлива, сжигаемого для его производства, и соответственно выбросы углекислого газа в атмосферу, что особенно актуально согласно резолюции только что прошедшего мирового форума по климатизации.

Литература

1. Ливчак В. И. Базовый уровень потребления энергетических ресурсов при  установлении требований энергетической эффективности зданий. «Инженерные системы» АВОК Северо-Запад, №1-2014 г.

2. Ливчак В. И. Уточнение показателей энергоэффективности жилых и общественных зданий. «Энергосбережение», № 1-2014 г.

3. Ливчак В. И. Еще один довод в пользу повышения теплозащиты зданий. «Энергосбережение», № 6-2012 г.

4. Ливчак В. И. Обеспечение энергоэффективности многоквартирных домов. Повышение теплозащиты зданий и автоматизация отопления. «АВОК», № 8-2012 г.

5. Интервью с В. Ф. Горновым в журнале «АВОК» № 8-2015 г.

6. Е. Л. Николаева, В. С. Казейкин. Новый подход к проектированию энергоэффективных жилых домов путем использования стоимости затрат жизненного цикла зданий. «Инженерные системы» АВОК Северо-Запад, № 2-2015 г.

7. Ливчак В. И. Нормирование показателей годового электропотребления жилыми зданиями, в том числе на общедомовые нужды. «АВОК», № 6-2015 г.

Скачать статью в pdf-формате: Оптимизация классификации зданий по энергетической эффективности

Энергоэффективный демонстрационный жилой дом, реализуемый по программе ПРООН-ГЭФ в г. Порхове

П. А. Муравьев, координатор Проекта ПРООН-ГЭФ «Энергоэффективность зданий на Северо-Западе России» на территории Псковской области

М. А. Лукина-Лебедева, ассистент Проекта ПРООН-ГЭФ «Энергоэффективность зданий на Северо-Западе России»

А. В. Таракин, ведущий эксперт технического департамента ООО «АФ Консалт»

А. С. Горшков, директор учебно-научного центра «Мониторинг и реабилитация природных систем» ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»

Ключевые слова: наружные стены, фасады, теплоизоляция, изделия теплоизоляционные из минеральной (стеклянной) ваты на синтетическом связующем, тепловая защита, расчетные климатические условия, градусо-сутки отопительного периода, трансмиссионные потери тепловой энергии, дополнительное утепление, энергосбережение, энергетическая эффективность зданий, инвестиции, окупаемость инвестиций.

Аннотация

В работе представлена методика расчета потерь тепловой энергии через наружные стены жилого многоквартирного здания до и после дополнительного утепления фасадов с использованием изделий теплоизоляционных из минеральной (стеклянной) ваты на синтетическом связующем применительно для конкретного объекта исследования, расположенного на территории г. Порхова Псковской области. На основании известных параметров отопительного периода, капитальных затрат на дополнительное утепление фасадов рассматриваемого здания и расчетных значений эксплуатационных затрат на отопление до и после утепления фасадов произведена оценка прогнозируемых сроков окупаемости инвестиций при различной толщине дополнительного слоя теплоизоляции (50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 250, 300 и 350 мм). Для рассматриваемого объекта исследования рассчитана оптимальная толщина дополнительного слоя теплоизоляции, при которой дисконтированный срок окупаемости, рассчитанный с учетом роста тарифов на тепловую энергию и дисконтирования будущих денежных потоков, принимает минимальное значение.

Введение

В настоящее время на территории Российской Федерации реализуется государственная программа переселения граждан из ветхого и аварийного жилья, утвержденная Распоряжением Правительства РФ от 26 сентября 2013 года № 1743-р. В рамках данной программы разработан комплекс мер, направленных на решение задач, связанных с ликвидацией аварийного жилищного фонда, в субъектах Российской Федерации утверждены региональные программы переселения граждан.

На сайте Фонда содействия реформированию ЖКХ (https://www.reformagkh.ru/relocation) представлен перечень жилых объектов, признанных аварийными, который включает 47 192 жилых здания общей площадью 11 400,85 тыс. м². В рамках данной программы в г. Порхове Псковской области реализуется строительство объекта жилищного строительства, расположенного по адресу: Псковская область, г. Порхов, ул. Мебельная, дом 5.

На строительство в г. Порхове многоквартирного жилого дома общей площадью 2083,33 м², согласно условиям контракта, выделено финансирование в размере 53 137 756,32 рубля. Финансирование строительства осуществляется за счет средств Государственной корпорации — Фонда содействия реформированию жилищно-коммунального хозяйства и средств бюджета Псковской области. В рамках выделенного финансирования в проектной документации предусмотрена реализация только тех энергосберегающих мероприятий, которые содержатся в действующем законодательстве. В настоящее время набор обязательных энергосберегающих мероприятий ограничен минимальными требованиями по тепловой защите. Очень часто выполнение только минимальных требований к уровню тепловой защиты зданий не обеспечивает достижения нормированного уровня энергопотребления и, как следствие, заявленного класса энергоэффективности.

С целью повышения энергетической эффективности строящегося в г. Порхове объекта жилищного строительства проектом ПРООН-ГЭФ была выделена техническая помощь в виде денежных средств, направленных на повышение энергетической эффективности объекта жилищного фонда.

Техническая помощь предоставляется в рамках реализации Проекта ПРООН-ГЭФ 00074315 «Энергоэффективность зданий на северо-западе России» (далее — Проект ПРООН-ГЭФ). Согласно условиям ПРООН, размер технической помощи не может превышать 20 % от общей суммы, выделенной на строительство демонстрационного объекта.

Проект ПРООН-ГЭФ представлен в рамках комплексной программы «Повышение энергоэффективности в Российской Федерации», осуществляемой совместно с Программой развития ООН (ПРООН), Европейским банком реконструкции и развития (ЕБРР) и Организацией Объединенных Наций по промышленному развитию (ЮНИДО) при участии ключевых федеральных отраслевых ведомств и региональных органов власти. В проекте принимают участие Архангельская, Псковская, Новгородская и Вологодская области, находящиеся в пределах Северо-Западного федерального округа.

Стратегия Проекта ПРООН-ГЭФ заключается в снижении существующих институциональных, управленческих, информационных, технологических, инвестиционных и образовательных барьеров, препятствующих широкому проникновению энергоэффективных технологий и практических методов в секторы строительства и ЖКХ. Цель Проекта ПРООН-ГЭФ заключается в наращивании местного потенциала и демонстрации реализуемых на местном уровне решений для повышения энергоэффективности в сфере строительства и эксплуатационного содержания зданий в северо-западных областях России.

Проект состоит из трех основных компонентов, один из которых включает участие Проекта ПРООН-ГЭФ в софинансировании работ, направленных на повышение энергетической эффективности демонстрационных объектов капитального строительства.

Более подробная информация о Проекте ПРООН-ГЭФ представлена на сайте: http://www.undp-eeb.ru.

Предоставление технической помощи со стороны Проекта ПРООН-ГЭФ осуществляется в рамках совместной реализации демонстрационного проекта по строительству энергоэффективного объекта жилищного фонда на основании соглашения, подписанного между Администрацией Порховского района Псковской области и Проектом ПРООН-ГЭФ 20 июля 2015 года.

1. Объект исследования

Объектом исследования является многоквартирный жилой дом, строящийся по адресу: Псковская область, г. Порхов, ул. Мебельная, дом 5. Строительство объекта осуществляется в соответствии с областной адресной программой «Переселение граждан из аварийного жилищного фонда в 2013–2017 годах», утвержденной постановлением Администрации Псковской области от 30 апреля 2013 года № 190 «О внесении изменений в областную адресную программу «Переселение граждан из аварийного жилищного фонда в 2013–2017 годах». Комплекс энергосберегающих мероприятий, направленных на энергосбережение и повышение энергетической эффективности демонстрационного объекта реализуется в рамках соглашения о совместной реализации демонстрационного проекта по строительству энергоэффективного объекта жилищного фонда, подписанного между Администрацией Порховского района Псковской области и Проектом ПРООН-ГЭФ «Энергоэффективность зданий на Северо-Западе России».

Характеристики объекта исследования:

— этажность — 3;

— количество подъездов — 2;

— количество квартир — 42;

— общая площадь — 2083,33 м²;

— площадь квартир — 1647,09 м²;

— площадь фасадов  — 1162,77 м²;

— высота этажа — 3 м;

— плиты перекрытия — сборные железобетонные многопустотные;

— кровля — двускатная по деревянным конструкциям;

— чердак — неотапливаемый (холодный);

— водоотвод с кровли — неорганизованный;

— наличие подвала — техподполье.

Рис. 2. Теплопроводные включения вокруг оконных проемов

При проведении тепловизионной съемки фасадов в зимний период эксплуатации, были получены данные, свидетельствующие о том, что уровень теплоизоляции наружных стен не соответствует минимально допустимым требованиям по тепловой защите. Высокая начальная влажность газобетонных блоков (рис. 2) в совокупности с большим количеством теплопроводных включений в зонах межэтажных перекрытий (рис. 3), внешних углов (рис. 4), швов кладки (рис. 5) не могут обеспечить требуемый уровень приведенного сопротивления теплопередаче. Ввиду этого было принято решение дополнительно утеплить наружные стены с целью повышения теплотехнической однородности фасадов и увеличения сопротивления теплопередаче наружных стен.

2. Цель исследования

Рис. 3. Теплопроводные включения в уровне межэтажных перекрытий

Целью исследования является расчет потерь тепловой энергии через наружные стены жилого многоквартирного здания до и после утепления фасадов, а также оценка прогнозируемых сроков окупаемости энергосберегающих мероприятий, направленных на утепление наружных стен рассматриваемого объекта исследования при различной толщине теплоизоляции (50, 60, 79, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 250, 300 и 350 мм).

3. Исходные данные для расчета

3.1. Климатические характеристики района строительства

Наиболее близким к нему населенным пунктом среди тех, которые представлены в СП 131.13330, является город Псков. Расчетные климатические характеристики района строительства объекта исследования представлены в таблице 2.

Таблица 2. Расчетные климатические условия для жилых зданий, расположенных в г. Порхове Псковской области

3.2. Теплотехнические характеристики наружных стен

Рис. 5. Теплопроводные включения в виде швов кладки

Согласно требованиям п.п. 1 и 5 Постановления Правительства Российской Федерации от 26 декабря 2014 г. № 1521 c 1 июля 2015 года нормативные требования к уровню теплоизоляции наружных ограждающих конструкций должны регламентироваться согласно СП 50.13330.

Согласно примечанию 1 к таблице 2  СП 50.13330 базовое значение требуемого сопротивления теплопередаче определяется по формуле:

где a, b — коэффициенты, численные значения которых следует принимать по данным табл. 3 СП 50.13330 для соответствующих групп зданий; для стен жилых зданий  a = 0,00035,  b = 1,4;

Рис. 6. Зона сопряжения наружной стены с перекрытием

ГОСП — градусо-сутки отопительного периода:

где  t_в — расчетная средняя температура внутреннего воздуха в помещениях жилого здания, принимаемая по ГОСТ 30494 равной 20 ºС;

t_от — средняя за отопительный период температура наружного воздуха, принимаемая для климатических условий г. Порхова по СП 131.13330 равной минус 1,3 ºС (см. данные табл. 1);

Исходя из представленных данных, рассчитаем по формуле (2) сопротивление теплопередаче наружных стен жилых зданий согласно требованиям СП 50.13330. Получим:

Нормируемое (минимально допустимое) значение приведенного сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции, R_норм_0 , м²·^oС/Вт, следует определять по формуле:

где  R_тр_0— то же, что и в формуле (1);

m_р— коэффициент, учитывающий особенности региона строительства, численное значение которого для наружных стен зданий не должно быть меньше 0,63.

3.3. Проектные и фактические значения сопротивлений теплопередаче наружных стен

Рис. 7. Схематичное изображение фасадной системы Weber.therm comfort

Проектное значение сопротивления теплопередаче наружных стен составляет 1,62 м²∙ºС/Вт, что меньше не только базового требуемого значения — 2,95 м²∙ºС/Вт, но и минимально допустимого — 1,86 м²∙ºС/Вт.

В связи с выявленным несоответствием, а также в связи с тем, что при проведении тепловизионного обследования фасадов были выявлены теплотехнически неоднородные участки, значительные по величине и протяженности, было принято решение о необходимости дополнительного утепления наружных стен рассматриваемого объекта жилищного строительства: наружные стены здания — плитами из минеральной ваты на синтетическом связующем, наземную часть стен подвалов — плитами из пенополистирола. Целесообразность утепления наружных стен, выполненных кладкой из газобетонных блоков, обоснована в работах [1–3].

4. Описание элементов фасадной системы

На основании технико-экономического сравнения наиболее распространенных и доступных для выбранного района строительства вариантов фасадных решений для рассматриваемого объекта строительства была принята система штукатурного фасада Weber.therm comfort (рис. 7) с использованием изделий теплоизоляционных из минеральной (стеклянной) ваты на синтетическом связующем.

Фасадная система состоит из следующих элементов:

— клеевая смесь, предназначенная для монтажа теплоизоляционных плит из минеральной ваты к основанию с толщиной слоя от 5 до 20 мм;

Рис. 8. Утепление торцевой стены

Рис. 9. Утепление главного фасада здания

— теплоизоляционные плиты из стекловолокна изовер штукатурный фасад с прочностью на разрыв слоев не менее 15 кПа (максимальная разрешенная толщина однослойной теплоизоляции в системе 200 мм; при толщине слоя минеральной ваты более 200 мм теплоизоляцию фасадов следует выполнять в два слоя с перехлестом швов внутреннего и наружного слоев);

— армировочно-клеевая смесь, предназначенная для создания базового штукатурного армированного слоя на поверхности теплоизоляционных плит с толщиной слоя от 3,5 до 8 мм;

— фасадная армирующая стеклосетка;

— фасадный дюбель с диаметром стержня 8 мм и диаметром тарельчатой головки 60 мм;

— грунтовка, предназначенная для тонирования, укрепления и обеспыливания основания;

— декоративно-защитная штукатурка, предназначенная для создания декоративно-защитного слоя;

Рис. 10. Отделка фасада

— фасадная краска, предназначенная для реализации архитектурного решения.

Этапы проведения фасадных работ представлены на рис. 8–11.

Рис. 11. Завершение фасадных работ

5. Методики расчетов

5.1. Методика расчета потерь тепловой энергии через наружные ограждающие конструкции

Средние за отопительный период потери тепловой энергии через фасады здания, могут быть рассчитаны по формуле:

где  R_0 — приведенное сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, м²∙ºС/Вт;

ГОСП — то же, что и в формуле (1);

0,024, 1163 — переводные коэффициенты;

А_фас — площадь фасадов, м².

В случае дополнительного утепления фасадов экономия тепловой энергии может быть рассчитана по формуле:

где  R_баз_0 — приведенное сопротивление теплопередаче базового варианта наружных стен без учета дополнительного утепления, м²∙ºС/Вт;

R_ут_0— приведенное сопротивление теплопередаче базового варианта наружных стен с учетом дополнительного слоя теплоизоляции, м²∙ºС/Вт;

0,024, ГСОП, 1163,  А_фас — то же, что и в формуле (4).

В качестве исходного (базового) значения приведенного сопротивления теплопередаче принято фактически измеренное, т.е. R_баз_0 = 1,62 м²∙ºС/Вт.

Разница эксплуатационных затрат (ΔЭ), выражающая суммарные потери через рассматриваемый тип ограждения до и после дополнительного утепления, выраженная в денежном эквиваленте, может быть рассчитана по формуле [1, 2]:

где  Q  — то же, что и в формуле (4);

С_т — величина тарифа на тепловую энергию, руб/Гкал.

Перейдем непосредственно к оценке экономической эффективности дополнительного утепления. Для этого воспользуемся методом приведенных затрат.

5.2. Методика расчета прогнозируемого срока окупаемости энергосберегающих мероприятий

Для расчета сроков окупаемости утепления наружных стен использован метод приведенных затрат [4].

Положим, что

где П_баз, П_ут — приведенные затраты, учитывающие капитальные и эксплуатационные расходы соответственно базового (исходного) и утепленного вариантов стенового ограждения, руб;

К_баз — капитальные затраты на возведение базового варианта наружных стен здания, руб;

К_ут — капитальные затраты на возведение базового варианта наружных стен здания с учетом затрат на дополнительное утепление, руб.;

Э_баз — эксплуатационные затраты, учитывающие потери тепловой энергии базового варианта наружных стен за один отопительный сезон без учета дополнительного утепления, руб/год;

Э_ут — эксплуатационные затраты, учитывающие потери тепловой энергии через наружные стены за один отопительный сезон с учетом дополнительного их утепления, руб/год;

Т — время, исчисляемое в годах.

Условием окупаемости для принятой модели будет равенство приведенных затрат П₁ и П₂, т. е.

П_баз =  П_ут.     (9)

Или с учетом уравнений (7), (8):

К_баз + Э_баз * Т  = К_ут + К_ут * Т .       (10)

Откуда можно рассчитать срок простой окупаемости:

где ∆К — разница капитальных затрат на возведение утепленного () и базового () вариантов наружных стен (фасадов) рассматриваемого здания, руб.;

∆Э — разность потерь тепловой энергии через наружные ограждающие конструкции до (Э_баз) и после (Э_ут) утепления базового варианта наружных стен здания, руб/год.

С учетом полученных ранее выражений (6) и (11) значение ∆Э  может быть рассчитано по формуле [5, 6]:

где обозначения те же, что и в формулах (5), (6).

Отметим, что срок окупаемости, рассчитанный по формуле (11), получен без учета:

— роста тарифов на тепловую энергию;

— процентов по кредиту (в случае использования заемных средств на проведение мероприятий по утеплению наружных стен здания);

— дисконтирования будущих денежных поступлений, достигнутых в результате реализации рассматриваемого энергосберегающего мероприятия и уменьшения потерь тепловой энергии на отопление.

По этой причине рассчитанное по формуле (11) значение прогнозируемого срока окупаемости инвестиций следует рассматривать как оценочное.

С учетом обозначенных выше дополнительных факторов прогнозируемый дисконтированный срок окупаемости  инвестиций, направленных на дополнительное утепление фасадов рассматриваемого здания, определяется выражением [7–10]:

где   ∆К, ∆Э — то же, что в формуле (10), руб.;

 r — средний ежегодный рост стоимости тарифов на тепловую энергию;

t — процентная ставка дисконтирования.

Если строительная компания или физическое лицо для выполнения работ по утеплению фасадов существующего здания использует собственные (не заемные) средства, то капитальные затраты будут равны сметной стоимости работ (). В случае, если для выполнения работ исполнителем используются заемные средства (предоставленный банком кредит), при аннуитетных ежемесячных платежах суммарные инвестиции в энергосбережение  следует определять по формуле:

где m — число периодов погашения кредита (например, если кредит взят на 1 год: m = 12, если на 2 года: m = 24 и т. д.);

А — коэффициент аннуитета;

∆К — сметная стоимость работ (инвестиции без учета платежей по кредиту).

Коэффициент аннуитета А рассчитывается по формуле:

где  p_кр — месячная процентная ставка банка по кредиту, выраженная в сотых долях в расчете на периодичность платежей (например, для случая 12% годовых и ежемесячных платежах: p_кр = 0,12/12 = 0,01);

m — то же, что и в формуле (13).

Таким образом, уравнение (13) позволяет вычислить период окупаемости Т_д рассматриваемого энергосберегающего мероприятия с учетом суммарных капитальных затрат на его реализацию ∆К, платежей по кредиту (где  p_кр), роста стоимости тарифов на тепловую энергию (r), дисконтирования будущих денежных потоков (i), достигаемых за счет экономии средств в результате внедрения данного энергосберегающего мероприятия.

В связи с тем, что в рамках данного исследования утепление фасадов производится за счет средств, предоставленных Глобальным экологическим форумом через Программу развития ООН (ПРООН-ГЭФ) при участии Проекта ПРООН-ГЭФ 00074315 «Энергоэффективность зданий на Северо-Западе России», капитальные затраты на монтаж теплоизоляции и штукатурного покрытия приняты без учета процентных ставок по кредиту.

Средняя величина относительного роста тарифов на тепловую энергию для населения России составляет примерно 15% в год [8–10]. Т. о. среднегодовой рост тарифов на тепловую энергию  в формуле (13) примем равным 0,15.

Мерой дисконтирования будущих денежных потоков можно выбрать средний уровень инфляции за определенный промежуток времени (например, за 5 или 10 последних лет), ставку рефинансирования Центрального банка, доходность альтернативных вложений (например, открытие вклада в банке на депозитный счет), прочие факторы, влияющие на величину будущих денежных потоков.

Для данной конкретной модели в качестве меры дисконтирования примем ключевую ставку Центрального банка РФ равной 11%. С учетом этого значение показателя дисконтирования  в формуле (13) равным 0,11.

Оптимальным вариантом дополнительного утепления фасадов будет считаться тот, для которого выполняется следующее основное условие:

т. е. вариант утепления фасадов, для которого окупаемость дополнительных инвестиций будет минимальной.

5.3. Численные значения сопротивлений теплопередаче вариантов наружных стен с учетом дополнительного утепления

Приведенное сопротивление теплопередаче наружных стен с учетом дополнительного слоя теплоизоляции рассчитаем по формуле:

где  R_баз_0 — то же, что и в формуле (4), м²·ºС/Вт;

δ_ут — толщина дополнительного слоя теплоизоляции, м;

λ_ут — теплопроводность слоя теплоизоляции, Вт/(м∙ºС); принимается для условий эксплуатации Б ();

r_т.о. — коэффициент теплотехнической однородности дополнительного слоя теплоизоляции.

Сопротивление теплопередаче исходного (базового) варианта наружных стен  R_баз_0 принято равным 1,62 м²·ºС/Вт.

Толщина дополнительного слоя теплоизоляции  может составлять 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 250, 300 и 350 мм (19 вариантов дополнительного утепления).

Теплопроводность теплоизоляционных изделий из минеральной (стеклянной) ваты, согласно представленным производителем протоколам испытаний, принята равной 0,043 Вт/(м∙ºС).

Коэффициент теплотехнической однородности наружных стен после проведения работ по дополнительному их утеплению r_т.о. принят равным 0,8.

На основании представленных данных расчетные значения сопротивлений теплопередаче наружных стен рассматриваемого здания с учетом дополнительного их утепления при различных толщинах слоя теплоизоляции представлена в табл. 2.

Таблица 2. Сопротивление теплопередаче наружных стен с учетом дополнительного слоя теплоизоляции

Как следует из данных, представленных в табл. 5, для обеспечения базового значения требуемого сопротивления теплопередаче (2,95 м²∙ºС/Вт) требуется минимальная толщина слоя теплоизоляции 90 мм, для обеспечения нормируемого (минимально допустимого) сопротивления теплопередаче (1,86 м²∙ºС/Вт) достаточно толщины слоя теплоизоляции 50 мм.

6. Капитальные затраты на утепление фасадов

В соответствии с исходными данными проекта площадь фасадов рассматриваемого объекта исследования (жилого многоквартирного здания) принята равной 1162,77 м².

Капитальные затраты на монтаж 1 м² фасадной системы Weber.therm comfort представлены в табл. 3.

В стоимость затрат включена:

— стоимость материалов штукатурного слоя системы Weber.therm, включая крепеж, толщиной до 200 мм, — 458,50 руб/м²;

— стоимость материалов штукатурного слоя системы Weber.therm, включая крепеж, толщиной 200 мм и более, — 498,0 руб/м²;

— стоимость работ по монтажу, включая сопутствующие материалы и расходы, — 1380,0 руб/м².

Таблица 3. Капитальные затраты на монтаж 1 м² фасадной системы Weber.therm comfort

Затраты включают стоимость комплекса работ по монтажу фасадной системы с учетом стоимости монтажа всех элементов фасадной системы (см. раздел 3), установки строительных лесов, накладных и прочих расходов.

Примечание. Представленные капитальные затраты на утепление фасадов существующих зданий актуальны для следующих федеральных округов: ЦФО, СЗФО, ЮФО, ПВФО. Стоимость материалов — рыночная, для оптовой категории клиентов. Стоимость работ соответствует средней по рынку. Стоимость материалов и работ может быть снижена путем проведения торгов по каждому конкретному объекту.

С учетом площади фасадов (А-фас = 1162,77 м²)дополнительные капитальные затраты на утепление наружных стен представлены в табл. 4.

Таблица 4. Капитальные затраты, направленные на дополнительное утепление базового варианта наружных стен, руб.

График зависимости капитальных затрат на дополнительное утепление фасадов рассматриваемого объекта исследования от толщины слоя теплоизоляции представлен на рис. 12.

Рис. 12. График зависимости капитальных затрат на дополнительное утепление наружных стен в зависимости от толщины слоя теплоизоляции

Как следует из данных, представленных на рис. 6, зависимость капитальных затрат на дополнительное утепление фасадов от толщины слоя теплоизоляции линейная, с одной точкой перегиба. Возникновение на кривой перегиба обусловлено увеличением стоимости крепежных элементов для толщин теплоизоляции более 200 мм.

7. Эксплуатационные затраты до и после утепления наружных стен

Эксплуатационные затраты до и после дополнительного базового варианта наружных стен при различной толщине слоя теплоизоляции (19 вариантов дополнительного утепления) рассчитаны по формуле (12) и представлены в табл. 5. Эксплуатационные затраты в табл. 6 равны суммарным потерям тепловой энергии через стены в течение одного нормализованного отопительного сезона (ГСОП = 4430 ºС∙сут).

Тариф на тепловую энергию в городе Порхове составляет 1838,5 руб/Гкал.

Таблица5. Разность потерь тепловой энергии через наружные ограждающие конструкции до (Э_баз) и после утепления базового варианта наружных стен (Э_ут) здания, руб/год

8. Расчет дисконтированного срока окупаемости инвестиций

Значения прогнозируемых сроков окупаемости дополнительных затрат на утепление при различной толщине слоя теплоизоляции рассчитаны по формуле (13) и представлены в табл. 6.

Таблица 6. Дисконтированный срок окупаемости дополнительных инвестиций, направленных на утепление фасадов рассматриваемого здания в зависимости от толщины слоя теплоизоляции

Как следует из данных, представленных в табл. 7, наиболее полно условию (15) удовлетворяют толщины 190 и 200 мм, т. е при данных толщинах прогнозируемый срок окупаемости дополнительных инвестиций, направленных на утепление фасадов рассматриваемого здания, минимален.

Рис. 13. График зависимости дисконтированного срока окупаемости инвестиций на утепление фасадов от толщины дополнительного слоя теплоизоляции

Результаты, представленные в табл. 7, графически показаны на рис. 13.

Примечание. Выполненные выше расчеты справедливы при наличии в многоквартирном жилом здании автоматизированного теплового пункта (АИТП) с автоматическим регулированием параметров теплоносителя.

В настоящее время заканчивается строительство демонстрационного жилого дома в г. Порхове Псковской области. Осенью 2016 года международная консалтинговая компания ООО «АФ Консалт» приступает к мониторингу энергопотребления данного демонстрационного объекта с целью определения фактического потенциала энергосбережения и экономической эффективности принятых в окончательном проекте здания энергосберегающих мероприятий. По окончании работ результаты исследования будут опубликованы на сайте Проекта ПРООН-ГЭФ и появятся в открытой печати.

Заключение

1. Одним из способов снижения потерь тепловой энергии на отопление является дополнительное утепление наружных ограждающих конструкций (стен, покрытий, чердачных перекрытий, наружных дверей и пр.). Повышение уровня теплоизоляции ограждающих конструкций приводит к уменьшению так называемых трансмиссионных потерь тепловой энергии.

2. Чем меньше потери тепла в здании, тем меньшее количество тепловой энергии требуется подвести к зданию от источника теплоснабжения для компенсации трансмиссионных потерь тепловой энергии в здании (при обеспечении нормативных показателей микроклимата). Таким образом, утепление приводит к уменьшению потребляемой в здании энергии и, следовательно, к сокращению платежей за отопление. На этом принципе основан экономический эффект, достигаемый при внедрении рассматриваемого энергосберегающего мероприятия.

3. Реализация любого энергосберегающего мероприятия, как правило, требует дополнительных капитальных вложений.

4. Экономическую эффективность внедряемых на объекте энергосберегающих мероприятий можно характеризовать прогнозируемым сроком их окупаемости.

5. Прогнозируемый срок окупаемости инвестиций, направленных на дополнительное утепление наружных стен рассматриваемого объекта исследования (жилого многоквартирного дома, строящегося в г. Порхове Псковской области по программе переселения граждан из ветхого и аварийного жилья), составляет от 24,5 до 36,1 года в зависимости от толщины дополнительного слоя теплоизоляции.

6. Минимальный прогнозируемый срок окупаемости инвестиций в утепление фасадов составляет 24,5 года и соответствует толщине слоя теплоизоляции, равной 200 мм.

7. Толщина слоя теплоизоляции  = 200 мм наиболее полно соответствует условию (15).

8. Сопротивление теплопередаче 5,02 м²∙ºС/Вт, соответствующее толщине дополнительного слоя теплоизоляции 200 мм, для выбранного конструктивного решения применительно к заданным климатическим характеристикам района строительства объекта (г. Порхов Псковской области) является экономически целесообразным, т. к. соответствует минимуму приведенных затрат.

9. Если при расчете окупаемости инвестиций не учитывать затраты на проведение работ по оштукатуриванию наружных стен, а также стоимость отделочных материалов, прогнозируемый срок окупаемости снижается примерно в два раза.

10. При учете всего комплекса реализованных на объекте энергосберегающих мероприятий чистый доход, достигаемый за счет экономии энергоресурсов в течение всего жизненного цикла здания, возрастает, а срок окупаемости инвестиций уменьшается.

Литература

1. Ватин Н. И., Горшков А. С., Корниенко С. В., Пестряков И. И. Потребительские свойства стеновых изделий из автоклавного газобетона // Строительство уникальных зданий и сооружение. 2016. № 1 (40). С. 78–101.
2. Горшков А. С., Ватин Н. И., Пестряков И. И., Корниенко С. В. Соответствие стен из автоклавного газобетона современным требованиям по тепловой защите зданий // Энергосбережение. 2016. № 2. С. 41–53.
3. Горшков А. С., Ватин Н. И., Пестряков И. И., Корниенко С. В. Соответствие стен из автоклавного газобетона современным требованиям по тепловой защите зданий // Энергосбережение. 2016. № 3. С. 62–69.
4. Богословский В. Н. Строительная теплофизика (теплофизические основы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха). Учебник для вузов. 3-е изд. — М.: Издательство «АВОК Северо-Запад» — 400 с.
5. Горшков А. С. Инженерные системы. Руководство по проектированию, строительству и реконструкции зданий с низким потреблением энергии: учеб. пособие / А. С. Горшков. — СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2013. — 160 с.
6. Ватин Н. И., Величкин В. З., Горшков А. С., Пестряков И. И., Пешков А. А., Немова Д. В., Киски С. С. Альбом технических решений по применению теплоизоляционных изделий из пенополиуретана торговой марки SPU INSULATION в строительстве жилых, общественных и промышленных зданий // Строительство уникальных зданий и сооружение. 2013. № 3 (8). С. 1–264.
7. Горшков А. С. Модель оценки прогнозируемого срока окупаемости инвестиций в энергосбережение // Вестник МГСУ. 2015. № 12. С. 136–146.
8.  Горшков А. С., Рымкевич П. П., Ватин Н. И. Экономическая эффективность инвестиций в энергосбережение // Инженерные системы. 2014. № 3. С. 32–36.
9.  Горшков А. С. Об окупаемости инвестиций на утепление фасадов существующих зданий // Энергосбережение. 2014. № 4. С. 12–27.
10.  Горшков А. С., Рымкевич П. П. Методика и пример расчета окупаемости инвестиций при реализации энергосберегающих мероприятий в строительстве // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2014. № 9 (188). С. 40–45.

Скачать статью в pdf-формате: Энергоэффективный демонстрационный жилой дом, реализуемый по программе ПРООН-ГЭФ в г. Порхове