Обеспечение энергоэффективности при реконструкции жилых домов первых массовых серий



Тепловая эффективность здания, определяемая средним годовым расходом топлива на отопление и горячее водоснабжение одного квадратного метра общей площади, является важным показателем энергосбережения. В домах первых массовых серий такой показатель составляет 80–85 кг/м², в то время как в странах Запада — 24–26 кг/м² [1–3]. Столь неблагополучное положение связано с низкими теплозащитными качествами наружных ограждений (стен, окон, покрытий, перекрытий над неотапливаемыми подпольями и подвалами) эксплуатируемых зданий, несовершенством систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Указанные выше недостатки особенно присущи жилым домам первых массовых серий, которые были построены в 1950–1960 годах, в эпоху индустриального развития СССР. В то время в стране началось активное строительство жилых домов секционного типа для посемейного заселения квартир [1]. Учитывая ограниченность ресурсов, проектирование квартир велось в условиях жёсткой экономии материальных средств. Проектными институтами были разработаны специально упрощенные проекты жилья массовых серий — панельные дома серии 1–464 и кирпичные дома серии 1–507. Общая площадь жилищного фонда России, размещенного в 4–5 этажных домах первых массовых серий составляла более 250 млн. м².

Мировой опыт дает основание утверждать, что реконструкция ветхого жилого фонда в экономическом отношении в ряде случаев выгоднее сноса и последующего нового строительства. В этой связи необходимо проведение объективного экономического анализа эффективности сноса и нового строительства или реконструкции «ветхого» фонда. Модернизация зданий, находящихся в состоянии удовлетворяющим нормативы жилых требований, более экономно, чем снос и постройка новых. Одним из примеров является модернизация «хрущевки» в Томске. В результате реконструкции здание получило класс энергоэффективности «B», в то время как сегодня многие новостройки сдаются в эксплуатацию с присвоенным классом «С». По экспертной оценке, срок эксплуатации дома после реновации «повысился» ещё на 50 лет.

В связи с указанным, целью работы являлось обеспечение комфортных условий проживания и здорового микроклимата в помещениях жилых домов первых массовых серий при оптимальных затратах энергетических ресурсов.

Для реализации поставленной цели были поставлены следующие задачи:

– выполнить техническое и тепловизионное обследование типового здания серии 1–464 в г. Воронеже;

– определить класс энергетической эффективности здания;

– разработать рекомендации по повышению класса энергоэффективности.

Жилой дом расположен в г. Воронеже по ул. Домостроителей. Проект дома был разработан институтом Гипростройиндустрия в 1960 г. Пятиэтажный жилой дом панельного типа, с высотой помещений 2,5 м, имеет 1, 2, 3-комнатные квартиры.

Конструктивная схема дома решена с несущими поперечными стенами, расположенными через 2,6 и 3,2 м, с опиранием панелей перекрытия по контуру (рисунок 1). Пространственная жесткость здания обеспечивается системой поперечных и продольных стен из железобетонных панелей размером на комнату, соединенных между собой и с панелями междуэтажных перекрытий стальными связями. Дом состоит из торцевых и рядовых секций. Фундамент — ленточный, смонтированный из сборных железобетонных плит и бетонных блоков. Наружные стены — железобетонные панели из ячеистого бетона толщиной 24 см, железобетонные плиты перекрытий — 140 см; железобетонные перегородки — 12 см.

Рис. 1. План типового этажа обследуемого здания

В результате технического обследования было выявлено то, что на всех фасадах здания присутствуют разрушения штукатурно-отделочных слоев стен, следы плесени, характерные трещины на стыках панелей, отслоение защитного слоя бетона балконных плит, местами с оголением и коррозией арматуры, разрушение отмостки (рисунок 2).

Рис. 2. Карта дефектов фасада в осях 1–26

В задачу тепловизионного обследования входило выявление участков, в которых нарушается однородность температурного поля, получение термограмм и составление карт дефектов ограждающих конструкций. Тепловизионное обследование объекта, проведенное с помощью тепловизора FLIR B425, показало высокие теплопотери через не утепленную цокольную часть наружных стен, углы примыкания наружных стен, стыки наружных стен с внутренними стенами и перегородками, стыки стен с межэтажными перекрытиями или совмещенным покрытием, железобетонные перемычки в зоне сопряжения с монтажными швами оконных блоков. Были выявлены дефекты монтажа оконных блоков в стеновые проемы: неравномерность монтажного шва, локальные участки с плохой адгезией монтажной пены к оконному блоку и стеновому проему. Характерные термограммы участков фасада представлены на рисунках 3 и 4.

Рис. 3.

Рис. 4.

Класс энергетической эффективности здания определялся по величине отклонения расчетного значения удельной характеристики расхода тепловой энергии на отопление q_т^р от нормативного q_т^н (таблица 1).

Общее сопротивление теплопередаче наружной стены определялось по формуле

(1)

где α_в = 8,7 Вт/м^{2 о}С коэффициент тепловосприятия для наружных стен;

α_н = 23 Вт/м^{2 о}С коэффициент теплоотдачи наружных стен;

R_i = δ_i/λ_i — термические сопротивления слоев конструкции;

λ_i — расчетные коэффициенты теплопроводности материалов.

Таблица 1

Классы энергетической эффективности зданий

Наименование класса	Обозначение класса			Величина отклонения расчетного значения удельной характеристики расхода тепловой энергии на отопление qтр от нормативного qтн,%	Рекомендуемые мероприятия, разрабатываемые субъектами РФ
При проектировании эксплуатации новых и реконструируемых зданий
Очень высокий		А++ А+ А		Ниже -60 От -50 до -60 включительно От -40 до -50 включительно	Экономическое стимулирование
Высокий		В+ В		От -30 до -40 включительно От -15 до -30 включительно	Экономическое стимулирование
Нормальный		С+ С С-		От -5 до -15 включительно От +5 до -5 включительно От +15 до +5 включительно	Экономическое стимулирование
При эксплуатации существующих зданий
D			Пониженный	От +15,1 до +50 включительно	Реконструкция при соответствующем экономическом обосновании
E			Низкий	Более +50	Реконструкция при соответствующем экономическом обосновании, или снос

Расчетные коэффициенты теплопроводности для ячеистобетонной панели λ₁ = 0,38 Вт/м ^оС. Сопротивление теплопередаче заполнения оконного проема для двойных спаренных деревянных переплетов R_o^окна = 0,4 м^{2 о}С/ Вт.

Площадь окна составляет F^окна = 2,7 м².

Площадь газобетонной стены F^стены = (3,0 х 2,8–2,7) = 5,7 м².

Значение приведенного общего сопротивления теплопередаче участка стены определялось по формуле

(2)

Расчетный тепловой поток за отопительный период равен

(3)

Величина нормативного теплового потока q_h^нопределялась по значению нормативного сопротивления теплопередаче

(4)

где R_o^н — нормируемое значение сопротивления теплопередаче, определяемое исходя из условий энергосбережения для стен жилых зданий

R_o^н = 1,4 + 0,00035 х 4275 = 2,9 м^2оС /Вт.(5)

Параметр ГСОП = (t_в — t_оп) z_оправен

ГСОП = (20-(-2,5)) 190 = 4275 ^оС сут; (6)

где z_оп = 190сут.

Величина отклонения расчетного (фактического) значения удельного расходатепловой энергии на отопление здания q_h^р от нормативного q_h^н, % составляет

(7)

В соответствии с таблицей 1 класс энергетической эффективности ограждения Е (низкий). С целью повышения класса энергетической эффективности ограждения увеличим общее сопротивление теплопередаче наружной стены и заполнения оконных проемов до значений, рекомендуемых нормами [4,5].

Сопротивление теплопередаче заполнения оконного проема примем для двухкамерного стеклопакета в одинарном переплете с межстекольным расстоянием 8мм

R_w^н = 0,51м^2оС/Вт.

Утепление стены произведем плитами из пенополистирола плотностью до 10 кг/м³, λ₂ = 0,052. Тогда, требуемая толщина утеплителя составит:

Принимаем толщину утеплителя 0,170 м. Выполним проверку соответствия ограждения заданному классу энергетической эффективности.

Общее сопротивление теплопередаче стены

Приведенное расчетное сопротивление теплопередаче ограждения

Расчетное значение теплового потока

Отклонения расчетного (фактического) значения удельного расхода тепловой энергии на отопление здания q_т^р от нормативного q_т^н, % составляет

+5 %<-0,38 %<-5 %;

В соответствии с таблицей 1 класс энергетической эффективности ограждения С (нормальный). Рекомендуется экономическое стимулирование [5].

Обследование и расчеты показали, что можно предложить для увеличения класса энергоэффективности обследуемого жилого дома. Это ремонт стыков между панелями наружных стен, теплоизоляция фасадов здания в соответствия с нормами, замена инженерных коммуникаций, установка пластиковых стеклопакетов, энергосберегающих ламп, многотарифных счетчиков, поквартирных приборов учета с возможностью дистанционной передачи данных, светорегуляторов и датчиков движения, улучшение естественного освещения (чистые окна, светлая отделка стен), содержание в чистоте светильников и плафонов, установка теплоотражающих экранов за батареями.

Литература:

1. Ермаков, Н. О. Обеспечение энергоэффективности при реконструкции жилых домов / Н. О. Ермаков, М. В. Новиков // Научный журнал. Градостроительство. Инфраструктура. Коммуникации. — Воронеж, 2017. — № 2 (7). — С. 46–50.
2. Круссер, А. И. Пути повышения энергетической эффективности зданий и сооружений / А. И. Круссер, В. И. Милованова, М. В. Новиков // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. — Воронеж, 2016. — № 1 (22). — С. 220–223.
3. Новиков, М. В. Оценка энергоэффективности кладки наружных стен из крупноформатных теплоэффективных блоков / М. В. Новиков, А. А. Зарубина // Академическая наука — проблемы и достижения:матер. XIV Междунар. науч.-практ. конф. Том 3. — North Charleston, USA: CreateSpace, 2017. — С. 65–73.
4. СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий».
5. СП 23.101.2004. «Проектирование тепловой защиты зданий».