Границы термореновации жилых зданий первых массовых серий

С. В. Корниенко, профессор кафедры «Урбанистика и теория архитектуры» Волгоградского государственного технического университета

Введение

Необходимость термореновации зданий обусловлена высоким потреблением энергии в условиях холодного российского климата. Значительная часть российского жилищного фонда была построена в эпоху индустриального домостроения. Многие здания первых массовых серий имеют высокую несущую способность и отвечают требованиям механической и пожарной безопасности. Однако уровень теплового комфорта таких зданий, построенных в 60–70-х годах прошлого века, достаточно низкий [1–4]. Потребность в тепловой энергии на отопление зданий составляет 150–200 кВт×ч/(м²×г.), что превышает нормируемое значение в 2–2,5 раза. Указанные объекты имеют низкую устойчивость среды обитания [5–7].

Рис. 1. Базовые категории в рейтинге устойчивости среды обитания согласно стандарту системы № RUSO 15.1–2017 (группа 1): 1 — экологический менеджмент и оптимизация проекта; 2 — инфраструктура и качество внешней среды; 3 — качество архитектуры и планировки объекта; 4 — комфорт и экология внутренней среды; 5 — качество санитарной защиты и отходы; 6 — рациональное водопотребление и регулирование ливнестоков; 7 — энергосбережение и энергоэффективность; 8 — экология создания, эксплуатации и утилизации объекта; 9 — экономическая эффективность

Снизить расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию зданий можно, главным образом, за счет разработки и внедрения в практику современного строительства энергоэффективных конструктивных и инженерно-технических решений [8–11]. Низкий уровень энергопотребления в зданиях может быть достигнут за счет повышения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций, внедрения энергоэффективных конструкций окон, уменьшения воздухопроницания оболочки (при сохранении вентиляционной нормы), пассивного использования солнечной энергии, применения системы вентиляции с рекуперацией теплоты. Современные энергосберегающие здания активно используют энергию возобновляемых источников энергии [12].

Под термореновацией здания мы понимаем комплекс ремонтно-строительных работ, направленных на восстановление и повышение теплотехнических свойств оболочки, утраченных в процессе физического и морального износа, а также внедрение эффективных инженерных систем. Актуальность данной проблемы обусловлена необходимостью повышения устойчивости среды обитания объекта в условиях отсутствия точного научно-методического аппарата по установлению границ термореновации зданий первых массовых серий.

Анализ имеющихся в литературе данных показал, что категория «Энергосбережение и энергоэффективность» имеет наибольший удельный вес в рейтинге устойчивости среды обитания (рис. 1). Поэтому главный акцент в данной работе сделан на оценке энергетической эффективности зданий.

Рис. 2. Общий вид здания серии 1-447с-37

Целью данной работы является установление границ термореновации многоквартирных жилых зданий первых массовых серий в российских климатических условиях на основе прогнозируемого повышения уровня теплоизоляции ограждающих конструкций и совершенствования инженерных систем.

Объектом исследования является многоквартирный жилой дом, построенный по типовой серии 1-447с-37 в 1968 году в Волгограде (рис. 2, 3). Здание прямоугольной формы в плане. Количество этажей — 5, секций — 4, квартир — 90. В здании имеется неотапливаемый подвал, чердак отсутствует.

Конструктивная система здания — бескаркасная, с продольными несущими стенами. Пространственная жесткость здания обеспечивается продольными несущими стенами, поперечными стенами-диафрагмами, а также дисками междуэтажных перекрытий. Фундаменты ленточные, из сборных железобетонных блоков. Наружные стены здания кирпичные толщиной 510 мм, с наружной облицовкой силикатной модульной плиткой толщиной 40 мм. Окна с двойным остеклением в раздельных деревянных переплетах (преимущественно), а также в виде стеклопакетов в ПВХ-профилях (заменены силами жильцов). Покрытие — совмещенное невентилируемое с рулонной кровлей. В здании предусмотрен наружный неорганизованный водоотвод.

Рис. 3. Термограмма фрагмента торцевого фасада здания

Теплоснабжение здания осуществляется по тепловым сетям централизованной системы теплоснабжения. В здании имеется естественная общеобменная вентиляция.

Основные проектные характеристики здания:

— общая площадь здания — 4089 м²;

— общая площадь квартир — 3817 м²;

— отапливаемый объем — 11 354 м³;

— коэффициент остекленности фасадов здания — 0,24;

— показатель компактности здания — 0,36 м^–1;

— градусо-сутки отопительного периода — 3925 К×сут/г.

Методы

Рис. 4. Схемы к определению отапливаемого объема здания согласно СП 50.13330 (а) и отапливаемого объема помещений согласно приказу Минстроя России № 1550 (б)

Обследование технического состояния элементов строительных ограждающих конструкций объекта выполнено в холодный период года с применением отдельных положений ГОСТ 31937.

Расчет теплотехнических характеристик ограждающих конструкций и теплоэнергетических показателей обследованного здания выполнен согласно российскому стандарту СП 50.13330.

Оценка уровня теплоизоляции оболочки здания выполнена на основе удельной теплозащитной характеристики здания согласно комплексному требованию СП 50.13330. Расчетное значение удельной теплозащитной характеристики здания должно быть не больше нормируемого значения.

Расчет удельной характеристики расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания выполнен согласно обязательному Приложению Г СП 50.13330. В этом документе удельная характеристика расхода тепловой энергии отнесена к единице отапливаемого объема здания. Расчетное значение удельной характеристики расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания должно быть меньше или равно нормируемому значению.

Расчетная оценка энергетической эффективности здания выполнена на основании приказа Минстроя России № 1550 от 17.11.2017. Согласно этому приказу выполнение требований энергоэффективности проектируемых зданий обеспечивается путем достижения значения удельной характеристики расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию, отнесенной к единице отапливаемого объема помещений, при соблюдении санитарно-гигиенических требований к помещениям зданий.

При оценке энергоэффективности следует четко различать понятия «отапливаемый объем здания» и «отапливаемый объем помещений» (рис. 4).

Согласно СП 50.13330 отапливаемый объем здания ограничен внутренними поверхностями наружных ограждений здания (рис. 4, а), т. е. всем теплозащитным контуром здания. В этом случае теплозащитная оболочка здания является замкнутой. В отапливаемый объем здания включаются все отапливаемые помещения, а также внутренние строительные конструкции. Согласно приказу Минстроя России № 1550 отапливаемый объем помещений определяется в границах помещений квартир (рис. 4, б). Следовательно, к отапливаемому объему помещений относится объем, формируемый помещениями квартир и полезной площадью нежилых помещений многоквартирного дома. Таким образом, указанные характеристики определяются в разных границах и потому дают различные результаты расчета удельной характеристики расхода тепловой энергии. Определение отапливаемого объема здания и помещений — различные целевые задачи.

Для оценки энергоэффективности объекта дополнительно использованы основные положения рейтинговой системы устойчивости среды обитания согласно стандарту № RUSO 15.1–2017.

Результаты и обсуждение

По результатам тепловизионного контроля были выявлены многочисленные температурные аномалии и теплотехнические дефекты оболочки здания (рис. 3). Определены элементы ограждающих конструкций с пониженной температурой внутренней поверхности. На некоторых из них возможна конденсация влаги при расчетной температуре холодного периода года.

Рис. 5. Строительно-эксплуатационные дефекты ограждающих конструкций: а — деструкция элементов покрытия; б — необеспечение требуемых уклонов кровли; в — разрушение в зоне примыкания отмостки к цоколю; г — неутепленные конструкции подвала

Повышенные перепады температур внутреннего воздуха и внутренней поверхности стен косвенно характеризуют высокие значения тепловых потоков через ограждающие конструкции. По результатам наружного термографирования оболочки выявлены повышенные тепловые потери через стены, особенно на участках размещения отопительных приборов в нишах стен. Наиболее слабым с теплотехнической точки зрения элементом являются окна и балконные двери. Тепловизионный контроль показал в целом низкий уровень теплоизоляции ограждающих конструкций, что не соответствует минимально допустимым требованиям российского стандарта СП 50.13330.2012 исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий.

Наряду с теплотехническими дефектами были установлены строительно-эксплуатационные дефекты ограждающих конструкций (рис. 5):

— полный физический износ (деструкция) утепляющих слоев крыши из керамзита и ячеистого бетона, основания под кровлю и самой кровли (рис. 5, а), что требует их замену при термореновации;

— наличие следов влаги на различных участках кровли (рис. 5, б) ввиду необеспечения в процессе текущих ремонтов требуемых уклонов кровли;

— разрушение в зоне примыкания отмостки к цоколю (рис. 5, в), что способствует увлажнению строительных ограждающих конструкций, контактирующих с грунтом, и проникновению влаги в помещения подвала;

— отсутствие эффективной теплоизоляции в наружных ограждающих конструкциях (рис. 5, г).

Выявленные строительно-эксплуатационные и теплотехнические дефекты являются основным фактором, снижающим безопасность здания, и диктуют необходимость восстановления и улучшения эксплуатационных свойств наружных ограждающих конструкций.

По результатам теплотехнического расчета сделан вывод о необходимости повышения теплозащиты ограждающих конструкций многоквартирного дома до действующих норм и на перспективу. В качестве дополнительной теплоизоляции предпочтительно использовать долговечные материалы и изделия, например, минераловатные плиты из базальтового волокна. Толщина теплоизоляции внешней стены составляет 150 мм, совмещенного покрытия — 180 мм, перекрытия над неотапливаемым подвалом — 80 мм. Коэффициент теплопередачи окон и балконных дверей — 1,23 Вт/(м²×К), что достигается применением энергоэффективных конструкций стеклопакетов, имеющих стекло с низкоэмиссионным мягким покрытием и заполнение криптоном. Применение для теплоизоляции наружных стен навесной фасадной системы способствует значительному улучшению эксплуатационных показателей. Для снижения инфильтрации воздуха в лестничные клетки рекомендуется уплотнение входных дверей в подъездах с установкой доводчиков. Фактическая воздухопроницаемость оболочки здания не должна превышать требуемое значение.

Рис. 6. Удельная теплозащитная характеристика здания по вариантам расчета

Результаты расчетов показывают принципиальную возможность достичь высокого уровня теплоизоляции ограждающих конструкций после термореновации здания.

Для поиска наиболее эффективного конструктивного решения рассмотрены следующие варианты повышения теплозащиты оболочки здания:

1 — без дополнительной теплоизоляции ограждающих конструкций (базовый вариант);

2 — установка энергоэффективных конструкций окон и балконных дверей;

3 — к мероприятиям варианта 2 добавляется теплоизоляция наружных стен;

4 — выполняются мероприятия варианта 3, а также проводится теплоизоляция совмещенного покрытия;

5 — теплоизоляция всей оболочки здания, то есть внедряются мероприятия варианта 4 и проводится теплоизоляция перекрытия над неотапливаемым подвалом.

Рис. 7. Удельная характеристика расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания

Результаты расчета удельной теплозащитной характеристики по всем пяти вариантам приведены на рис. 6. Нормируемое значение этой характеристики, равное 0,23 Вт/(м³×К), показано пунктирной линией.

Как видно (рис. 6), максимальное значение удельной теплозащитной характеристики, равное 0,40 Вт/(м³×К), отмечается по базовому варианту, то есть без дополнительной теплоизоляции ограждающих конструкций. До термореновации комплексное требование теплозащиты здания согласно СП 50.13330 не обеспечено. Расчетное значение удельной теплозащитной характеристики здания превышает нормируемое значение на 74%. Замена окон и балконных дверей на более энергоэффективные конструкции (вариант 2) приводит к снижению удельной теплозащитной характеристики здания на 12,5% по сравнению с базовым вариантом 1, однако в этом случае комплексное требование теплозащиты здания также не обеспечено. Выполнение энергоэффективных мероприятий по варианту 3 способствует значительному снижению удельной теплозащитной характеристики здания — на 42,5% по сравнению с базовым вариантом, что удовлетворяет комплексному требованию теплозащиты. Наиболее эффективное конструктивное решение обеспечивается при теплоизоляции всей оболочки здания.

Результаты технико-экономического расчета подтверждают целесообразность теплоизоляции всей оболочки здания. В этом случае прогнозируемый срок окупаемости энергосберегающих мероприятий составляет 9–10 лет.

При оценке энергоэффективности рассмотрены следующие варианты исполнения оболочки здания и инженерных систем:

I — без термореновации оболочки здания и инженерных систем;

II — с термореновацией оболочки здания, но без термореновации инженерных систем;

III — с термореновацией оболочки здания и инженерных систем (с авторегулированием подачи теплоты на вводе).

Результаты расчета удельной характеристики расхода тепловой энергии представлены на рис. 7. Пунктирной линией показано нормируемое значение этой характеристики, равное 0,36 Вт/(м³×К).

Рис. 7 показывает, что до термореновации расчетная удельная характеристика расхода тепловой энергии превышает нормируемое значение на 78%. Проект здания не соответствует нормативному требованию приказа Минстроя России № 1550. Термореновация оболочки здания приводит к снижению удельной характеристики расхода тепловой энергии на 52% по сравнению с базовым вариантом. Наиболее высокая энергоэффективность достигается при термореновации оболочки здания и инженерных систем.

Полученный результат качественно подтверждается расчетом по стандарту № RUSO 15.1–2017. Суммарное снижение удельной характеристики расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания (по сравнению с нормируемым значением) составляет 47%, что обеспечивает высокий балл в категории «Энергосбережение и энергоэффективность».

Таким образом, термореновация многоквартирных жилых зданий первых массовых серий актуальна и перспективна в условиях холодного российского климата.

Заключение

Показана необходимость проведения термореновации многоквартирных жилых зданий первых массовых серий. Определены расчетные теплотехнические показатели ограждающих конструкций реконструируемых зданий типовой серии 1-447с-37 в Волгограде. Толщина теплоизоляции внешней стены составляет 150 мм, совмещенного покрытия — 180 мм, перекрытия над неотапливаемым подвалом — 80 мм. Коэффициент теплопередачи окон и балконных дверей — 1,23 Вт/(м²×К), что достигается применением энергоэффективных конструкций стеклопакетов, имеющих стекло с низкоэмиссионным мягким покрытием и заполнение криптоном. Требуемая толщина теплоизоляции ограждающих конструкций должна быть вычислена применительно к каждому региону энергоэффективного строительства. Результаты расчета подтверждают принципиальную возможность достижения высоких требований по тепловой защите и энергосбережению в холодном климате России. Наиболее высокие энергетические показатели можно обеспечить только при теплоизоляции всей оболочки здания и применении высокоэффективных инженерных систем с автоматическим регулированием, что обеспечивает снижение затрат тепловой энергии на отопление и вентиляцию на 70%.

Литература

1. Табунщиков Ю. А., Бродач М. М., Шилкин Н. В. Энергоэффективные здания. М.: АВОК-ПРЕСС, 2003. 200 с.
2. Hamid A. A., Farsäter K., Wahlström A., Wallentén P. Literature review on renovation of multifamily buildings in temperate climate conditions. Energy and Buildings. 2018. No. 172. Pp. 414–431.
3. Dotzler C., Botzler S., Kierdorf D., Lang W. Methods for optimising energy efficiency and renovation processes of complex public properties. Energy and Buildings. 2018. No. 164. Pp. 254–265.
4. Grøn Bjørneboe M., Svendsen S., Heller A. Evaluation of the renovation of a Danish single-family house based on measurements. Energy and Buildings. 2017. No. 150. Pp. 189–199.
5. Корниенко С. В. Термореновация жилых зданий первых массовых серий // Энергосбережение. 2018. № 5. С. 24–30.
6. Корниенко С. В. Энергоэффективный капитальный ремонт жилых зданий первых массовых серий // Энергосбережение. 2018. № 6. С. 12–19.
7. Корниенко С. В., Попова Е. Д. Повышение устойчивости среды обитания в жилой застройке // Энергосбережение. 2018. № 7. С. 38–51.
8. Colinart T., Bendouma M., Glouannec P. Building renovation with prefabricated ventilated façade element: A case study. Energy and Buildings. 2019. No. 186. Pp. 221–229.
9. Fotopoulou A., Semprini G., Cattani E., Schihin Y., Ferrante A. Deep renovation in existing residential buildings through façade additions: A case study in a typical residential building of the 70s. Energy and Buildings. 2018. No. 166. Pp. 258–270.
10. Kauskale L., Geipele I., Zeltins N., Lecis I. Energy Aspects of Green Buildings — International Experience. Latvian Journal of Physics and Technical Sciences. 2016. No. 53(6). Pp. 21–28.
11. Korniyenko S. V. The experimental analysis and calculative assessment of building energy efficiency. Applied Mechanics and Materials. 2014. No. 618. Pp. 509–513.
12. Borodinecs A., Zemitis J., Sorokins J., Baranova D.V., Sovetnikov D.O. Renovation need for apartment buildings in Latvia. Magazine of Civil Engineering. 2016. No. 68(8). Pp. 58–64.

Скачать статью в pdf-формате: Границы термореновации жилых зданий первых массовых серий

Перетоки теплоты между помещениями и варианты их учета

В. К. Аверьянов, советник генерального директора АО «Газпром промгаз»

А. С. Горшков, главный специалист АО «Газпром промгаз»

Г. П. Васильев, научный руководитель ГК «ИНСОЛАР»

Ключевые слова: жилой многоквартирный дом, квартира, ограждающие конструкции, стены, окна, межквартирные перегородки и перекрытия, температура, микроклимат, автоматизация, теплоснабжение, теплосчетчик, интеллектуальное здание, цифровая экономика, энергосбережение, энергетическая эффективность.

Введение

В соответствии с частью 7 статьи 13 Федерального закона «Об энергосбережении…» [1] здания, строения, сооружения и иные объекты, в процессе эксплуатации которых используются энергетические ресурсы, должны быть оснащены общедомовыми приборами учета используемых энергетических ресурсов. Многоквартирные дома, вводимые в эксплуатацию с 1 января 2012 года после осуществления строительства, реконструкции, должны быть оснащены дополнительно индивидуальными приборами учета используемой тепловой энергии. В этой связи вводимые в эксплуатацию многоквартирные дома, как правило, оснащаются индивидуальными приборами учета и средствами регулирования потребляемой тепловой энергии.

При этом действующие на территории Российской Федерации стандарты позволяют поддерживать в помещении температуру внутреннего воздуха в широком диапазоне допустимых значений. В ГОСТ 30494 [2] диапазон допустимых значений температуры внутреннего воздуха в холодный период года составляет от 18 до 26 °С. Для межквартирного коридора нижняя граница допустимого диапазона температур внутреннего воздуха составляет плюс 16 °С, для вестибюля и лестничной клетки — плюс 14 °С, помещений кладовых — плюс 12 °С.

Согласно указаниям п. 5.2 СП 60.13330 [3] в холодный период года в помещениях отапливаемых зданий, когда они не используются и в нерабочее время, допускается принимать температуру воздуха ниже нормируемой, но не ниже:

— плюс 15 °С — в жилых помещениях;

— плюс 12 °С — в помещениях общественных и административно-бытовых зданий.

С учетом того, что в большом количестве проектируемых МКД предусматриваются помещения общественного назначения, перепад температур внутреннего воздуха в различных помещениях может достигать 10 и более градусов.      

Согласно требованиям п. 5.2 СП 50.13330 [4] минимально допустимое приведенное сопротивление теплопередаче для внутренних ограждающих конструкций устанавливается в том случае, если температура воздуха в двух соседних помещениях отличается больше, чем на 8 °С. Однако такие случаи не являются расчетными (проектными), т. к. при проектировании расчетная температура внутреннего воздуха в зданиях принимается равной минимальному значению оптимальной температуры для соответствующих групп зданий, которое определяется:

— в интервале 20–22 °С — для жилых, лечебно-профилактических и детских учреждений, а также школ, интернатов, гостиниц и общежитий;

— в интервале 16–21 °С — для общественных зданий, кроме перечисленных выше, а также административных и бытовых зданий.

Таким образом, в крайнем случае проектная разность температур внутреннего воздуха может составить 4 °С. И, следовательно, основания для установления нормируемых значений приведенного сопротивления теплопередаче для внутренних ограждающих конструкций, отделяющих соседние помещения с различным тепловым режимом, отсутствуют.

Последнее не означает, что такие случаи не могут наблюдаться в реальной практике эксплуатации зданий. Ввиду отсутствия нормативных требований по тепловой защите для межквартирных перегородок и перекрытий при наличии разности температур внутреннего воздуха в помещениях соседних квартир становятся возможными перетоки теплоты через межквартирные перекрытия и перегородки.

Опыт стран с высокими тарифами на тепловую энергию  или энергоносители, используемые для выработки тепловой энергии, показывает, что в целях энергосбережения жильцы могут достаточно часто прибегать к установлению пониженных температур внутреннего воздуха, особенно в части комнат, которые редко ими используются.

При длительном отсутствии жильцов в квартирах наличие индивидуальных приборов учета тепловой энергии, а также оборудования, предназначенного для регулирования теплоотдачи отопительных приборов, в современных многоквартирных домах создаются условия для возникновения перетоков теплоты между помещениями соседних квартир.

Пример расчета

Рассмотрим на конкретном примере актуальность описываемой выше проблемы. Предположим, что во вновь построенном и практически полностью заселенном жилом многоквартирном доме имеет место квартира, в которой поддерживается минимально допустимая для жилых помещений температура внутреннего воздуха — плюс 15 °С. При этом во всех соседних квартирах, контактирующих с данной, поддерживается более высокая температура внутреннего воздуха — плюс 20 °С.

Безусловно, температура внутреннего воздуха плюс 15 °С не является комфортной для проживания. Однако возможны случаи, когда жильцы по разным причинам долгое время не проживают в квартире или переходят, в целях энергосбережения, на пониженные графики температур в периодически используемых помещениях (спальни, гардеробные, гостевые и пр.). Управляющие организации в существующих условиях не могут контролировать температурные режимы во всех квартирах, что может приводить к установлению и более низких значений температуры внутреннего воздуха в отдельных помещениях. При этих условиях возможна ситуация, при которой жильцы, которые поддерживают у себя допустимые по ГОСТ 30494 [2] температуры внутреннего воздуха (18÷24 °С), вынуждены отапливать квартиру соседей, которые поддерживают в квартире более низкие значения температуры внутреннего воздуха и тем самым имеют возможность частично или полностью не оплачивать данную услугу.

Исходные данные для расчета примем из примера, представленного в Приложении Б рекомендаций АВОК [5]:

Месторасположение — город Москва.

Расчетная температура наружного воздуха — минус 25 °С [6].

Назначение здания — жилое, односекционное, с теплым чердаком и неотапливаемым техподпольем.

Количество подъездов — 1.

Количество этажей — 10.

Будем считать, что квартира, в которой поддерживаются минимально допустимые значения температуры внутреннего воздуха, — угловая, располагается на промежуточном этаже здания и имеет три комнаты.

Площадь пола в рассматриваемой квартире — 85 м², потолка — 85 м². Площадь внутренних межквартирных стен, отделяющих рассматриваемую квартиру от соседних, примем равной 50,85 м². Фрагмент плана квартиры представлен на рисунке Б.1 [5].

Сопротивление теплопередаче наружных ограждающих конструкций:

— наружных стен: 3,31 м²∙°С/Вт;

— окон и балконных дверей: 0,56 м²∙°С/Вт;

— глухой части балконных дверей: 0,74 м²∙°С/Вт.

Сопротивление теплопередаче внутренних ограждающих конструкций, отделяющих помещения квартиры, в которой поддерживается температура внутреннего воздуха 15 °С, от помещений соседних квартир, в которых поддерживается температура внутреннего воздуха 20 °С:

— внутренних межквартирных перегородок, состоящих из железобетона толщиной 200 мм и двух гипсокартонных листов (расположенных с разных сторон перегородки): 0,40 м²∙°С/Вт;

— перекрытий (сверху и снизу), состоящих из монолитного железобетона толщиной 200 мм, стяжки и ламинированного напольного покрытия: 0,37 м²∙°С/Вт.

Инфильтрацию наружного воздуха через наружные ограждения квартиры примем равной 80 м³/час.

Примечание. Состав внутренних ограждающих конструкций определен исходя из обеспечения нормативных требований по защите от шума [7].

Оценим, как будет меняться температура внутреннего воздуха в рассматриваемой квартире в случае полного отключения в ней отопления. Современные горизонтальные поквартирные системы отопления вполне позволяют это сделать (в отличие от вертикальных систем, в которых даже при отключенных отопительных приборах имеет место приток теплоты от неизолированных стояков).

График изменения температуры внутреннего воздуха в угловой трехкомнатной квартире с выключенным отоплением в зависимости от изменения температуры наружного воздуха и при условии поддержания в соседних квартирах температуры внутреннего воздуха 20 °С показан на рис. 1.

Из графика, представленного на рис. 1, следует, что даже при выключенном отоплении в угловой квартире, расположенной на промежуточном этаже, температура внутреннего воздуха не упадет ниже 12 °С даже при наиболее низкой (расчетной) температуре наружного воздуха.

Рис. 1. График изменения температуры внутреннего воздуха в угловой трехкомнатной квартире с выключенным отоплением в зависимости от изменения температуры наружного воздуха

Аналогичные расчеты, выполненные для квартиры, расположенной в средней (не угловой) части многоквартирного дома, показывают, что температуру внутреннего воздуха 15 °С в ней возможно поддерживать безо всякого отопления только за счет притока теплоты через внутренние ограждающие конструкции (межквартирные перегородки и перекрытия), требования к уровню теплоизоляции которых не регламентируются действующими нормативными документами, в течение всего отопительного периода.

Указанное выше утверждение справедливо для расчетного случая. Однако, ввиду того, что в примере рассмотрен один из наименее благоприятных случаев, описанная ситуация может оказаться вполне приближенной к реальной.

Рис. 2. Баланс теплопотерь и теплопоступлений для рассматриваемой угловой квартиры, расположенной на промежуточном этаже жилого многоквартирного дома

Далее рассмотрим другой характерный случай. Будем считать, что во всех контактируемых помещениях установлены приборы учета тепловой энергии и автоматические терморегуляторы на отопительных приборах. Пусть в рассматриваемой квартире поддерживается температура внутреннего воздуха 15 °С, а во всех соседних — 20 °С. Составим для рассматриваемой квартиры уравнение теплового баланса и определим для нее при принятых исходных данных теплопотери (через наружные ограждающие конструкции и за счет инфильтрации) и теплопоступления (через внутренние ограждающие конструкции со стороны помещений, в которых поддерживается более высокая температура внутреннего воздуха). Графически такие данные показаны на рис. 2. Т. к. в квартирах поддерживается постоянная разность температур (20 – 15 = 5 °С), то теплопоступления (в отличие от теплопотерь) оказываются не зависящими от температуры наружного воздуха, т. е. постоянными.

Из данных, представленных на рис. 2, следует, что вплоть до достижения температуры наружного воздуха минус 16 °С теплопоступления через внутренние ограждения квартиры превышают теплопотери через наружные, что может означать, что в рассматриваемой квартире температура внутреннего воздуха 15 °С может поддерживаться только за счет теплопоступлений со стороны помещений с более высокой температурой воздуха. И лишь при более низкой температуре наружного воздуха (ниже минус 16 °С) потребуется компенсация теплопотерь в размере, превышающем величину теплопоступлений.

Рис. 3. График изменения среднесуточной температуры наружного воздуха в Москве в течение отопительного периода 2017/2018 гг.

На рис. 3 представлен график изменения среднесуточной температуры наружного воздуха в течение отопительного сезона 2017/2018 гг., из которого следует, что ниже минус 16 °С среднесуточная температура наружного воздуха в Москве устанавливалась в течение всего трех суток — в период с 26 по 28 февраля.

Из графика, представленного на рис. 2, также следует, что при заданной разности температур (5 °С) и заданном уровне теплоизоляции внутренних ограждающих конструкций теплопоступления со стороны соседних квартир, в которых поддерживается более высокая температура внутреннего воздуха, составят порядка 3 кВт в течение всего отопительного периода. Если для рассматриваемой квартиры эта часть теплового баланса представляет собой теплопоступления, то для всех соседних помещений (квартир) — теплопотери. Причем эти теплопотери окажутся добавочными к теплопотерям через наружные ограждающие конструкции. В случае если система отопления в указанных квартирах окажется неизбыточной, то для поддержания температуры внутреннего воздуха 20 °С в этих квартирах потребуются дополнительные источники тепловой энергии. В финансовом отношении такие дополнительные затраты следует признать значительными, даже несмотря на то, что они распределяются по всем квартирам, контактирующим с рассматриваемой в примере.

Как показывают данные, представленные на рис. 1, температура внутреннего воздуха в рассматриваемой угловой квартире даже при выключенном отоплении может оказаться выше 15 °С, т. е. разность температур составит меньше чем 5 °С. Соответственно меньшими окажутся теплопоступления со стороны соседних — более теплых помещений. Данное замечание справедливо. Однако даже в этом случае перетоки тепла из помещений с более высокой температурой в помещения с меньшей температурой сохраняются.

На основании полученных выше данных следует признать, что обозначенная выше проблема действительно может иметь место, т. е. не является чисто гипотетической и требует поиска вариантов для ее решения.

Способы снижения или учета перетоков теплоты между квартирами

На основании рассмотренного выше примера можно сделать предположение о том, что при оснащении многоквартирных домов индивидуальными приборами учета тепловой энергии могут иметь место случаи, при которых часть жильцов при неиспользовании помещений в течение отопительного периода или при поддержании в них более низких температур внутреннего воздуха могут частично или полностью компенсировать потери тепловой энергии за счет соседей, поддерживающих в своих квартирах более высокую температуру внутреннего воздуха.

Одним из вариантов решения описанной выше проблемы является отказ от повсеместной установки индивидуальных приборов учета тепловой энергии, на чем настаивают отдельные специалисты [7, 8]. Это обстоятельство не исключает повторения рассмотренного выше гипотетического случая, при котором некоторые жильцы могут не проживать в течение длительного времени в квартире и, таким образом, частично или полностью отапливаться за счет соседей, поддерживающих в своих квартирах более высокую температуру воздуха. Однако вероятность возникновения подобного сценария уменьшается, т. к. при отсутствии индивидуальных приборов учета тепловой энергии у жильцов пропадает заинтересованность в энергосбережении за счет снижения температуры внутреннего воздуха. В случае же возникновения такой ситуации жильцы, которые поддерживают в своих квартирах более высокую температуру внутреннего воздуха, не будут полностью оплачивать коммунальную услугу за отопление в указанной квартире, т. к. плата будет производиться на основании общедомового прибора учета тепловой энергии, т. е. пропорционально площади квартир (за исключением дополнительного расхода электроэнергии электроотопительными приборами при естественном в этом случае снижении температуры внутреннего воздуха в помещениях). В этом случае не важно, какую температуру внутреннего воздуха поддерживает не проживающий в квартире жилец, платить он будет пропорционально площади занимаемой им квартиры. Поэтому возврат к прежним схемным решениям, по сути, снижает остроту проблемы, но одновременно исключает заинтересованность жильцов в энергосбережении.

Рис. 4. Интерфейс личного кабинета специалиста управляющей компании в системе СиТКоМ

Многие специалисты считают, что наличие индивидуальных приборов учета используемой тепловой энергии стимулирует жителей к экономии энергоресурсов [7]. Практика использования индивидуальных приборов учета иных видов энергоресурсов (например, воды, газа, электрической энергии) показывает, что после их установки наблюдается устойчивый тренд к снижению ресурсопотребления. Понятно, что сами приборы учета не предназначены для экономии энергоресурсов, но они ограничивают нерациональное их использование, что в конечном итоге приводит к фактической экономии энергоресурсов по сравнению с ситуацией, когда приборы учета отсутствуют. Когда оплата энергоресурсов производится на основании показаний общедомового прибора учета тепловой энергии, перечисленные выше стимулирующие факторы частично или полностью утрачиваются.

Следует отметить, что для решения рассматриваемой проблемы могут быть предложены как организационные, так и технические (инженерные) методы. В рамках данного исследования рассмотрим технические способы решения проблемы перетоков теплоты через внутренние ограждающие конструкции зданий при наличии разности температур между отдельными помещениями соседних квартир.

Одним из вариантов решения обозначенной выше проблемы является установление нормативных требований по тепловой защите для внутренних ограждающих конструкций [7]. Реализация такого подхода возможна при совместном решении рассматриваемой проблемы с нормативными требованиями по изоляции от шума [9]. При этом не исключена ситуация, при которой дополнительные требования по теплоизоляции внутренних ограждающих конструкций могут сделать неактуальными требования по звукоизоляции. Следует добавить, что при определенной планировке многоквартирных домов (например, для одно- или двухэтажных сблокированных домов, с квартирами большой площади и др.) с относительно небольшой долей площади межквартирных перегородок такой вариант решения проблемы, при соответствующем технико-экономическом обосновании, может оказаться предпочтительным.

Рис. 5. Интерфейс личного кабинета собственника квартиры (помещения) в системе СиТКоМ

Не исключая данное предложение, требующее более детальной проработки, авторы предлагают иной путь решения рассматриваемой проблемы.

Как известно, президентом страны поставлена задача внедрения цифровых технологий во всех сферах деятельности. 28 июля 2017 года Правительством Российской Федерации утверждена программа «Цифровая экономика Российской Федерации» [10]. Обеспечение ускоренного внедрения цифровых технологий в экономике и социальной сфере обозначено в качестве одной из национальных целей и стратегических задач развития Российской Федерации [11]. Строительство остается одной из наиболее слабых в этом отношении отраслей экономики. В этой связи 19 июля 2018 года вышло поручение Президента РФ Владимира Путина главе Правительства № Пр-1235 [12].

В последнее время появляется все больше публикаций, посвященных цифровизации и развитию инновационных технологий в строительной отрасли [13, 14]. Издание «Энергосбережение» в конце 2018 года посвятило освещению таких вопросов целый выпуск (№ 7).

Инновационные технологии наиболее эффективны, когда они решают конкретные прикладные задачи, реализация которых затруднительна или недоступна для существующих технологий и технических решений. В этой связи авторы предлагают следующее техническое решение [15–17]: оснащение зданий GSM-термометрами, определяющими в автоматическом режиме температуру внутреннего воздуха в каждом помещении или квартире и связанными с индивидуальными приборами учета тепловой энергии, установленными в данной квартире и во всех соседних (контактирующих с рассматриваемой).

На рынке автоматизированных изделий подобные системы в настоящее время не являются новинкой. GSM-термометры могут быть встроены в розетки либо установлены в помещении, например, под потолком, аналогично тому, как размещается пожарный извещатель.

Примером эффективного  перехода к современному интеллектуальному управлению инженерными системами зданий может служить Система технического консалтинга, мониторинга энергетической эффективности и удаленного энергоменеджмента (СиТКоМ), созданная ОАО «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ» и уже внедренная на ряде объектов.

Рис. 6. Мнемосхема индивидуального теплового пункта (ИТП) в системе СиТКоМ

СиТКоМ представляет комплекс, позволяющий осуществлять  управление,  технический  консалтинг, сервисное обслуживание инженерных систем  и энергоменеджмент на основе данных автоматизированного и удаленного мониторинга инженерных систем здания. Специфика данной системы заключается в том, что она не влияет на работу различных существующих систем управления на каждом конкретном объекте, а лишь взаимодействует с ними, собирая информацию с приборов учета, сторонних контролеров, а также собственных средств мониторинга (датчиков, контроллеров), установленных в ключевых точках инженерных систем с целью контроля параметров, влияющих на энергопотребление здания.

На рис. 4–6 представлены интерфейсы личных кабинетов, отражаемых в системе СиТКоМ управляющей компании, собственника квартиры (помещения) и мнемосхема ИТП.

Представленная на рис. 4–6 система позволяет отражать не только параметры теплоносителя, но и внутреннего воздуха в отдельных помещениях.

Реализация показанной выше системы или ее аналогов позволит учесть перетоки тепла между отдельными помещениями (квартирами) в тепловом балансе помещения (квартиры) путем внесения в фактические показания потребляемой в помещении (квартире) тепловой энергии дополнительного коэффициента (множителя).

Численная оценка для данного коэффициента может быть установлена на основании следующей зависимости:

(1)

где A i,ext — площадь наружных ограждающих конструкций (наружных стен, окон, балконных дверей) i-го помещения (квартиры), м²;

R i,ext— сопротивление теплопередаче наружных ограждающих конструкций i-го помещения (квартиры), м²∙К/Вт;

t i,ent— температура внутреннего воздуха в i-том помещении (квартире), °С;

t ext— текущее значение температуры наружного воздуха, °С;

A j, int— площадь внутренних ограждающих конструкций (межквартирных перегородок, входных дверей в квартиру) i-го помещения (квартиры), м²;

R j,int— сопротивление теплопередаче внутренних ограждающих конструкций i-го помещения (квартиры), м²∙К/Вт;

t j,int— температура внутреннего воздуха в j-том помещении (квартире), контактирующем с рассматриваемым (i-тым), °С.

Численные значения сопротивлений теплопередаче и площадей наружных ограждающих конструкций (R i,ext,A i. ext), а также площадей внутренних ограждающих конструкций (a j,int) могут приниматься на основании данных, представленных в проектной документации. Сопротивление теплопередаче внутренних ограждающих конструкций может быть рассчитано по методике СП 50.13330 [4] или отдельного нормативного документа. После заселения жильцов в квартиру и окончания отделочных работ оно может быть уточнено с учетом фактических вариантов отделки межквартирных перекрытий и перегородок. При значительном повышении сопротивления теплопередаче данное обстоятельство может быть уточнено в расчете по формуле (1).

Первое слагаемое в числителе формулы (1) представляет собой суммарные трансмиссионные потери теплоты через наружные ограждающие конструкции, второе — перетоки (теплопоступления и теплопотери — в зависимости от соотношения температур внутреннего воздуха в соседних помещениях) теплоты между отдельными помещениями (квартирами), расположенными в многоквартирном доме.

Знак «плюс» в формуле (1) применяется в том случае, когда температура внутреннего воздуха в соседнем j-том помещении (квартире) выше температуры внутреннего воздуха в рассматриваемом i-том помещении (квартире), т. е. когда имеет место приток теплоты из соседнего (j-того) помещения (квартиры) в рассматриваемое (i-тое). Знак «минус» в формуле (1) применяется в том случае, когда температура внутреннего воздуха в соседнем j-том помещении (квартире) ниже температуры внутреннего воздуха в рассматриваемом i-том помещении (квартире), т. е. когда наблюдается отток теплоты из рассматриваемого (i-того) помещения в соседнее (j-тое). В этой связи формулу (1) можно представить в виде:

(2)

где  Q ext, тр— трансмиссионные потери теплоты через наружные ограждающие конструкции, Вт;

Q ent, тр— трансмиссионные перетоки теплоты через внутренние ограждающие конструкции, Вт, знак которых зависит от соотношения температур внутреннего воздуха в рассматриваемом i-том помещении (квартире) и в соседнем (j-том).

Любое помещение (квартира) в составе многоквартирного дома, как правило, контактирует не с одним, а с несколькими соседними, температура в которых может быть как выше, так и ниже, чем в рассматриваемом. По этой причине перетоки теплоты через внутренние ограждающие конструкции могут оказаться как положительными, так и отрицательными. Положительные перетоки назовем внутренними теплопоступлениями (или притоками), отрицательные — внутренними теплопотерями (оттоками).

В случае если притоки теплоты через внутренние ограждающие конструкции в i-тое помещение превышают оттоки теплоты в соседние, то численное значение коэффициента  оказывается большим 1. В случае если притоки теплоты через внутренние ограждающие конструкции в i-тое помещение меньше, чем оттоки теплоты в соседние, то численное значение коэффициента  оказывается меньшим 1. При равенстве внутренних притоков и оттоков теплоты в рассматриваемом помещении (квартире) численное значение коэффициента  окажется равным 1, т. е. будет учитываться только фактическое теплопотребление, определяемое индивидуальным прибором учета по расходу и температурам теплоносителя, без учета перетоков теплоты через внутренние ограждающие конструкции, которые для данного помещения (квартиры) окажутся взаимно скомпенсированными.

Предложенное решение позволит более активно внедрять широко используемые за границей и активно продвигаемые в России цифровые технологии при вводе в эксплуатацию многоквартирных домов [19, 20], что позволит существенно повысить уровень их интеллектуализации.

Учет индивидуальных потребностей жителей в комфортных условиях проживания при развитии степени их информированности и инициативности в вопросах энергосбережения в рамках предлагаемого технического решения позволит:

— обеспечить возможность регулирования температуры внутреннего воздуха в отапливаемых помещениях в широких пределах (в том числе в режиме удаленного доступа);

— осуществить более корректный индивидуальный учет тепловой энергии в отдельных квартирах жилого многоквартирного дома;

— активизировать деятельность потребителей тепловой энергии в части реализации мероприятий по энергосбережению;

— снизить плату потребителей за услуги по отоплению с одновременным решением проблемы более справедливого распределения платежей за коммунальную услугу по отоплению между жителями различных квартир.

Предлагаемое техническое решение является первым этапом описываемого выше подхода, так как в формуле (1) учтены только трансмиссионные потери теплоты через наружные ограждающие конструкции. Впоследствии в формулу (1) могут быть включены и другие, менее значимые, составляющие теплопотерь, например, инфильтрационные. Предлагаемое авторами техническое решение не исключает целесообразности разработки отдельных требований по тепловой защите (дополнительной теплоизоляции) внутренних ограждающих конструкций, но при реализации предложенного подхода такие требования становятся необязательными. Следует отметить, что повышение сопротивления теплопередаче внутренних ограждающих конструкций уменьшит погрешность предлагаемого технического решения, т. к. в этом случае уменьшится влияние отделки межквартирных перекрытий и перегородок на перетоки теплоты между квартирами (помещениями).

При отсутствии индивидуальных приборов учета, когда оплата производится только на основании общедомового прибора учета тепловой энергии, у жителей пропадает стимул экономить энергоресурсы. Как показывает практика, поведенческие привычки жильцов влияют на параметры энергопотребления в зданиях [21]. В этой связи при рассмотрении вопросов технического регулирования не следует их полностью исключать. Отказ от обязательной установки индивидуальных приборов учета тепловой энергии и терморегуляторов может негативно отразиться на показателях энергосбережения в стране.

В будущем потребитель будет иметь возможность устанавливать в квартире или отдельных ее помещениях ту температуру, которая в наибольшей степени соответствует его представлениям о комфорте, т. е. активно участвовать в процессах регулирования и потреблении тепловой энергии [21]. Реализация такого подхода возможна только при наличии интеллектуальных приборов учета тепловой энергии и оборудования для ее регулирования.

Заключение

1. Внедрение индивидуальных приборов учета тепловой энергии в многоквартирных домах без реализации мероприятий, направленных на предотвращение или учет перетоков тепловой энергии между квартирами с различными тепловыми режимами, может приводить к недовольству со стороны жильцов ввиду несправедливого распределения платы за тепловую энергию.
2. В зависимости от класса жилья и архитектурно-планировочных решений зданий возможны различные варианты решения проблемы перетоков тепловой энергии между соседними квартирами:

— устройство дополнительной теплоизоляции и повышение уровня тепловой защиты межквартирных ограждающих конструкций;

— отказ от обязательной установки индивидуальных приборов учета тепловой энергии;

— дооснащение автоматизированных квартирных тепловых пунктов приборами дистанционного определения температуры воздуха в отапливаемых помещениях.

3. Внедрение цифровых технологий при строительстве многоквартирных домов позволит развивать инициативы жильцов по энергосбережению и обеспечит:

— активизацию деятельности потребителей тепловой энергии в части реализации мероприятий по энергосбережению;

— возможность регулирования температуры внутреннего воздуха в отапливаемых помещениях в широких пределах, допустимых нормативами пределах (в том числе в режиме удаленного доступа);

— снижение платы потребителей за услуги по отоплению с одновременным решением проблемы более справедливого распределения платежей за коммунальную услугу по отоплению между жителями различных квартир.

Литература

1. Федеральный закон от 23.11.2009 № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».
2. ГОСТ 30494-2011 Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях.
3. СП 60.13330.2016 Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Актуализированная редакция СНиП 41-01-2003.
4. СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003.
5. Р НП «АВОК» 2.3-2012 Руководство по расчету теплопотерь помещений и тепловых нагрузок на систему отопления жилых и общественных зданий.
6. СП 131.13330.2012 Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99* (с Изменениями № 1 и 2).
7. Табунщиков Ю. А., Ливчак В. И., Грановский В. Л., Васильев Г. П., Кузник И. В., Горшков А. С., Колубков А. Н. О целесообразности поквартирного учета расхода тепла на отопление здания // АВОК. 2019. № 1. С. 38–43.
8. Ливчак В. И. К вопросу поквартирного учета тепловой энергии на отопление // Инженерные системы. 2019. № 1. С. 28–33.
9. СП 51.13330.2011 Защита от шума. Актуализированная редакция СНиП 23-03-2003 (с Изменением № 1).
10. Распоряжение Правительства Российской Федерации от 28 июля 2017 г. № 1632-р «Об утверждении программы «Цифровая экономика Российской Федерации».
11. Указ Президента Российской Федерации от 07.05.2018 № 204 «О национальных целях и стратегических задачах развития Российской Федерации на период до 2024 года».
12. Поручение Президента Российской Федерации от 19 июля 2018 г. № Пр-1235 «О модернизации строительной отрасли и повышении качества строительства».
13. Табунщиков Ю. А. Цифровизация экономики — тенденция глобального масштаба // Энергосбережение. 2018. № 7. С. 4–10.
14. Rawlson O´Neil King. Интеллектуальные здания: масштабируемые структурированные сети, интернет вещей и энергоэффективность // Энергосбережение. 2018. № 7. С. 22–24.
15. Аверьянов В. К., Горшков А. С. О целесообразности оснащения квартир индивидуальными приборами учета тепловой энергии // Энергосбережение. 2019. № 1. С. 9–10.
16. Аверьянов В. К., Горшков А. С. Индивидуальный учет тепловой энергии в многоквартирных домах: проблемы и пути решения // Энергосбережение. 2019. № 2. С. 10–15.
17. Аверьянов В. К., Горшков А. С. Индивидуальный учет тепловой энергии в многоквартирных домах: проблемы и пути решения // Энергосбережение. 2019. № 3. С. 10–14.
18. Аверьянов В. К., Горшков А. С., Васильев Г. П. Повышение эффективности централизованного теплоснабжения существующего жилого фонда // Вестник гражданских инженеров. 2018. № 6 (71). С. 99–111.
19. Комплексные системные технологии централизованного теплоснабжения // Каталог фирмы Honeywell, 2005 г.
20. Бурцев В. В. Оптимизация теплопотребления зданий с помощью систем автоматического регулирования. Диссертация на соискание учетной степени кандидата технических наук. Новосибирск: Сибстрин. 2007. — 162 с.
21. Аверьянов В. К., Юферев Ю. В., Мележик А. А., Горшков А. С. Теплоснабжение городов в контексте развития активных потребителей интеллектуальных энергетических систем // Academia. Архитектура и строительство. 2018. № 1. С. 78–87.

Скачать статью  в pdf-формате: Перетоки теплоты между помещениями и варианты их учета