Взгляд на энергоснабжение сквозь стены

ТЕПЛОЗАЩИТНЫЕ КАЧЕСТВА И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ НАРУЖНЫХ СТЕН ЗДАНИЙ, ИХ РОЛЬ В ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИИ

Современная система нормативных документов, действующая в мире, делится на две части - обязательную, касающуюся обеспечения жизни или здоровья граждан в процессе производства и эксплуатации, и добровольную, расши ряющую возможности в повышении качества создаваемой продукции.

Переход на такую систему позволил зарубежным странам повысить качество и конкурентоспособность своей продукции на мировом рынке. Введенное в нашей стране Федеральным Законом "О техническом регулировании" от 27.12.2002г. [1] разграничение требований к объектам технического регулирования на обязательные и добровольные повысят заинтересованность строителей в возведении качественного жилья для населения с разным уровнем доходов. Невозможность приобретения дорогого жилья преобладающей частью населения, недостаточная его оборачиваемость на рынке тормозят развитие бизнеса и снижают доходы государства от этого вида предпринимательской деятельности. Во исполнение Закона проектировщики и строители при создании жилья из общего числа обязательных должны будут выполнять требования, обеспечивающие: охрану здоровья людей в процессе эксплуатации зданий и сооружений, надежность зданий и сооружений, сокращение расходов топливно-энергетических ресурсов, предупреждать действия, вводящие в заблуждение потребителей (обеспечение достоверной информацией о реализуемом жилье).

Эти требования в качестве обязательных совместно с другими будут учитываться при разработке технического регламента и стандартов организаций. При этом действующие нормативные документы в течение предстоящих семи лет не будут отменены. Согласно ст. 46 Закона в них с 1 июля 2003 г. до утверждения технического регламента подлежат исполнению только обязательные требования. Выполнение других требований должно решаться на добровольном соглашении между производителем и потребителем.

Таким образом, большинство вопросов, выходящих за пределы обязательных требований, будут регулироваться рынком, т.е. стоимостью жилья и покупательной способностью населения. Жилье на рынок будет поставляться одинаковым по условиям обеспечения безопасности проживания, здоровья граждан и другим обязательным требованиям, но разным по единовременным затратам на строительство, затратам на отопление и ремонт при эксплуатации. Цель настоящей статьи - показать на примере СНиП Н-3-79* "Строительная теплотехника" [2] и СНиП 23-02-2003 "Тепловая защита зданий" [3] и территориальных строительных норм (ТСН) возможность выполнения Закона в части разделения требований к уровню теплоизоляции наружных стен на обязательные и добровольные.

Для этого предлагается использовать комплексный подход к определению рационального уровня теплоизоляции наружных стен, учитывающий затраты на материалы, экономию тепла на отопление и затраты на капитальные ремонты. Такой подход к нормированию теплозащитных качеств наружных стен при соответствующем физическом и экономическом обосновании позволит значительно увеличить применение долговечных традиционных и местных строительных материалов, необходимых для обеспечения рационального уровня теплоизоляции зданий. Потребитель, покупая жилье, построенное в соответствии с его запросами и возможностями, обеспечивающее безопасность проживания и здоровья, должен быть огражден от действий, вводящих его в заблуждение. Он должен иметь четкое представление, насколько соизмерима экономия на единовременных затратах с дополнительными затратами на отопление и капитальный ремонт наружных стен при эксплуатации.

На стадии продажи жилья изготовитель в договоре купли-продажи должен гарантировать потребителю соответствие проектных значений показателей эксплуатационным. В противном случае - нести материальную ответственность. В СНиП П-3-79* и СНиП 23-02-2003 введен двухуровневый принцип нормирования теплозащитных качеств наружных стен. Первый уровень - из условий обеспечения санитарно-гигиенической безопасности, являющийся обязательным. Ниже этого уровня теплозащиту стен принимать запрещается.

Второй - из экономических условий, т.е. из условий энергосбережения. Уровень теплоизоляции наружных стен в СНиП П-3-79*, СНиП 23-02-2003 и ТСН из условий энергосбережения установлен то же как обязательный для исполнения. Однако, энергосбережение относится к экономической категории и. согласно Закону, не может считаться обязательным для исполнения. Требуемый уровень теплоизоляции наружных стен по двум условиям в различных регионах страны с градусо-сутками отопительного периода от 4500 до 12000 показан на рис.1.

Отступления в сторону уменьшения FT" от нижнего предела приводит к образованию конденсата на внутренней поверхности большинства конструкций наружных стен и узлов их сопряжения с другими элементами здания. Конденсат создает сырость и плесень на стенах, ускоряет процесс коррозии закладных металлических связей, повышает влажность воздуха в помещениях выше нормативных значений. Это приводит к разрушению конструкции, ухудшению самочувствия жильцов и заболеванию. Что касается верхнего предела FT" из условий энергосбережения, т.е. экономических соображений, то изменение его в сторону повышения не ограничивается, а в сторону снижения допускается незначительным.

Верхний предел R"p из условий энергосбережения при рациональной толщине стен, как показывает практика строительства, в большинстве регионов страны можно обеспечить только применением мягких утеплителей (минвата, пенополистирол, пенополиуретан), долговечность которых в климатических условиях России недостаточно изучена. Отсутствуют данные и по их межкапитальным ремонтным срокам. Нет единых утвержденных методик испытаний их на стойкость к различным эксплуатационным воздействиям.

Поэтому нельзя исключать непредвиденные дополнительные эксплуатационные затраты на восстановление утраченного ресурса утеплителей в стенах зданий. Неподготовленность методической базы по оценке долговечности теплоизоляционных материалов и нормированию межкапительных ремонтных сроков ограждающих конструкций, создание которых должно было предшествовать введению изменений №3 СНиП П-3-79* (1995г.), привели к массовому невыполнению требований нормативных документов. Особенно это заметно в индивидуальном строительстве. Редко кто соглашается, например, в Московской области возводить жилые дома согласно обязательным требованиям ТСН НТП - 99МО [4] с наружными бревенчатыми или брусовыми стенами толщиной не менее 600 мм или кирпичными с толщиной пенополистирольных плит 160-180 мм, а минераловатных до 300 мм.

В таблице 1. приведены требуемые толщины утепляющего слоя в трехслойной панели с уровнем теплоизоляции, отвечающим требованиям СНиП Н-3-79* Z-.-~ 23-:2-2;13 то условиям энергосбережения. В первом случае приведены толщины утеплителя для условной панели без теплопроводных включений, т.е. с коэффициентом теплотехнической однородности г=1, а во втором - для реальной панели с г, приведенным на рис. 2. Внутрен няя и наружная части панели выполнены из бетона толщиной, соответственно, 100 и 65 мм. В качестве утеплителя использован пенополистирол с Ха=0,04 Вт/(м °С) и Хб=0,042 Вт/(м °С), во втором варианте - минераловатные жесткие плиты с Ха=0,076 Вт/(м °С) и Х=0,08 Вт/(м °С).

Требуемая толщина пенополистироль-ного слоя в панелях без теплопроводных включений в зависимости от ГСОП составляет от 117 до 192 мм. С применением жестких минераловатных плит толщина слоя увеличивается и составляет от 236 до 384 мм. Приведенные на рис. 2 зависимости, полученные на основании выполненных расчетов температурных полей панелей с гибкими металлическими связями, утепленных пенополистиролом, показывают, что при изменении Ro'cn с 2 м2 °С/Вт до 9,5 м2 °С/Вт значение г снижается с 0,76 до 0,55.

При использовании минва-ты эта закономерность сохраняется при большем значении г. Зафиксированный разрыв в r=f(R^cn) объясняется тем, что с увеличением толщины теплоизоляционного слоя более 200 мм возникает необходимость, в целях сохранения прочности панели, установки дополнительных металлических связей или увеличения их диаметра при том же количестве. Существенное влияние на снижение г оказало воздействие оконных откосов, углов и узлов сопряжения. Для обеспечения требуемого уровня теплоизоляции в реальной трехслойной панели с гибкими металлическими связями из условий энергосбережения в г. Москве необходимо увеличить толщину пено-полистирольного слоя до 180 мм, а в г. Якутске до 370 мм. Соответственно, толщина панели будет составлять 345 мм и 535 мм. При применении минераловатных плит толщина теплоизоляционного слоя в г. Москве должна составлять 315 мм, а в г. Якутске 550 мм. Толщина панели соответственно возрастает до 480 мм и 715 мм.

Аналогичная закономерность соблюдается и в кирпичных стенах с гибкими металлическими связями. В наружных стенах с вентилируемыми воздушными прослойками, насыщенными металлическими кронштейнами, поддерживающими тяжелые облицовочные плиты из гранита, известняка и др. подобных материалов, коэффициент теплотехнической однородности уменьшается до 0,4. На снижение теплозащитных качеств дополнительно влияет продольная фильтрация воздуха в минераловатных плитах, а также ветер, проникающий через швы облицовочных элементов. Это влияние в зависимости от конструктивного решения приводит к повышению теплопроводности минераловатно-го слоя на 25-30 %. Поэтому толщину теплоизоляционного слоя с \ = 0,05 Вт/(м °С) даже в климатических условиях г. Москвы необходимо принимать до 400 мм.

Поскольку конструктивно стены с такой толщиной теплоизоляционного слоя невозможно обеспечить, то строят с уменьшенной толщиной, нарушая требования СНиП. Замена в трехслойных бетонных панелях (Ronp=3,5 м2 °С/Вт) металлических гибких связей на бетонные армированные шпонки потребует принимать толщину пенопо-листирольных плит равной 300 мм, а минераловатных около 500 мм. Для северных регионов страны толщина слоя из пе-нополистирола в этих панелях должна составлять не менее 500 мм, из минваты - 800 мм.

Значительно изменяется теп лотехническая однородность при применении эффективных утеплителей в стенах из кирпича. При замене в них гибких металлических связей на кирпичные поперечные диафрагмы толщину теплоизоляционного слоя из минваты в северных регионах страны необходимо увеличивать до одного метра при X = 0,08 Вт/(м °С). Закономерности, полученные нами, подтверждают результаты исследований в [5,6]. Поэтому в работах [6,7] авторами изменений №3 СНиП-П-3-79* до их введения были сделаны выводы о невозможности обеспечить требуемый уровень теплоизоляции наружных стен традиционными материалами, т.е. блоками и панелями на пористых заполнителях, яче-истобетонными блоками, эффективным пустотелым керамическим кирпичом и другими местными материалами. В [7] ими утверждается, что для достижения установленного уровня теплоизоляции законодательно стимулируется применение эффективных теплоизоляционных материалов, таких как минеральная вата, пенополиуретан, пенополистирол. При увеличенной толщине утеплителей в стенах существенно возросли усадочные и температурные деформации, что привело к образованию более заметных трещин, разрывам контактных зон с конструкционными материалами, изменилась воздухопроницаемость, паропроницае-мость, что в процессе эксплуатации снижает теплоизоляционные качества и капитальность наружных стен.

В северных регионах страны, с холодным коротким летом, стены с увеличенной толщиной теплоизоляции не успевают войти в квазистационарное влажностное состояние, что ухудшает санитарно-гигиенические условия в жилых помещениях и приводит к систематическому накоплению влаги и ускоренному морозному разрушению, снижению срока службы и более частым капитальным ремонтам стен. Даже у далеких от строительной науки застройщиков целесообразность такого утепления стен вызывает сомнения, хотя бы потому, что они конструктивно невыполнимы и не могут обеспечить долговечность стен и надежность их в эксплуатации, а при невыполнении своевременно капитального ремонта могут угрожать безопасности проживающему населению.

Поэтому нормы по обеспечению уровня теплоизоляции наружных стен из условий энергосбережения не могут быть обязательными для исполнения не только потому, что они относятся к экономической категории тре-бо- ваний, но и из условий безопасности для проживания в зданиях с такими стенами. Нормативные требования СНиП 11-3-79*, СНиП 23-02-2003 и ТСН к уровню теплоизоляции наружных стен из условий энергосбережения в диапазоне, превышающем санитарно-гигиенические требования, согласно Закону "О техническом регулировании", должны использоваться при проектировании и строительстве жилых зданий как добровольные. Для обязательного исполнения в соответствии с Законом следует принимать требования из условий обеспечения санитарно-гигиенической безопасности для проживания граждан. Чтобы не применять в строительстве конструкции наружных стен с чрезмерной толщиной теплоизоляционного слоя, строители и проектировщики пошли по пути использования новых систем утепления, используемых в зарубежной строительной практике с более мягким климатом, чем в Москве и, тем более, на севере России. Несмотря на их большое многообразие, суть их сводится к приклеиванию, а затем закреплению дупелями теплоизоляционного слоя к несущей стене или металлическими элементами, предварительно к ней закрепленными. После этого на теплоизоляцию наносится штукатурный слой толщиной 8-10 мм по сетке с дополнительным армированием зон, благоприятствующих появлению трещин. Они получили условное название "термофасады" и "комплексная система теплоизоляции и отделки фасадов" (КСТОФ). "Термофасад" - это практически частный случай конструкции наружной стены из эффективной кладки, но с тонким наружным штукатурным защитным слоем, не приемлемым для климатических условий России при строительстве капитальных зданий. Максимальный межкапитальный ремонтный срок для них не может быть выше, чем для стены из эффективной кладки, имеющей наружный защитный слой не менее чем в полкирпича и составляющий 30 лет [8]. Коэффициент теплотехнической однородности таких стен существенно выше, чем в панелях и стенах с гибкими металлическими связями. Его обычно принимают равным г=0,9. Но, фактически, его значение не превышает 0,75-0,80 в зависимости от района строительства лишь потому, что на 7-12% R0np таких стен снижается, как, впрочем, и всех других конструкций, за счет дополнительных теплопотерь через оконные откосы, углы и на 8-13% из-за влияния металлических элементов или дупелей. Нельзя исключать и влияния в некоторых случаях воздушных пазух между стеной и утеплителем, а также наличия разрывов между плитами утеплителя. Заметное влияние оказывает архитектурный стиль фасада.

Толщина теплоизоляционного слоя из пе-нополистирола (\=0,04 Вт/(м °С)) в таких стенах в климатических условиях г. Москвы может быть снижена до 130-140 мм, а в г. Якутске до 220-230мм. Из минерало-ватных плит (\=0,08 Вт/(м °С)) - соответственно, до 250 мм и 420 мм. Конструктивные решения наружных стен подобного типа очень удобны в случае необходимости проведения капитального ремонта с целью восстановления утраченного теплоизоляционного ресурса утепляющего слоя или его полной замены. Проведение же аналогичных работ в стенах или панелях с кирпичными или бетонными наружными слоями, если не исключено, то весьма затруднительно.

Вместе с тем, следует отметить, что имеющийся опыт эксплуатации зданий с оштукатуренными стенами в Германии показал, что, при планомерном осмотре и проведении отдельных восстановительных ремонтов с периодичностью 5-8 лет, фасады этих зданий служат уже более 30 лет, при планируемых 25 годах. Причем, при проведении очередного осмотра фасадов на 25 году эксплуатации 8% зданий, несмотря на проведение плановых ремонтов, имели трещины, идущие от углов оконных и дверных проемов, и трещины в местах примыкания теплоизоляционных плит. Данные по целостности теплоизоляционных плит, изменению их теплозащитных качеств не приводятся.

Имеющиеся результаты по обследованию в 2000-2002гг. подобных конструкций стен [9] показывают, что в климатических условиях России они менее долговечны. И основная причина связана не с конструктивным решением стены, а с допускаемыми ошибками в технологии монтажа, проек тировании и подмене материалов. Это снижает надежность в получении качественного фасада здания. Несмотря на обнаруженное существенное количество дефектов на системах теплоизоляции, смонтированных в России, считается [9], что эта система теплоизоляции стен в условиях эксплуатации стен средней полосы России должна иметь срок службы не менее 25 лет. Бирюлевский опытный завод сухих смесей (г. Москва) гарантирует долговечность фасадной системы в пределах 25 - 30 лет. При этом необходимо отметить не только отличающееся качество выполнения работ в России и Германии, но и существенно отличающуюся толщину теплоизоляционного слоя.

Выполняемые НИИСФ исследования долговечности наружных стен, утепленных снаружи таким способом, показывают, что на некоторых из них проводятся ремонты фасадов с периодичностью 3-4 года. Появление трещин в результате линейных деформаций на таких фасадах зданий неизбежно в годовом цикле эксплуатации при 1_=-30-нЮ°С зимой и 1н=20-;-30оС летом. В первую очередь они проявляются в углах оконных проемов. Необходимость выполнения частых ремонтов заказчику заранее известна, и он идет на них добровольно, заранее зная, что максимальный гарантийный срок на материалы производители устанавливают в пределах десяти лет. А строители при сдаче дома дают гарантии на такие фасадные системы 2-3 года. Нельзя отрицать наличия значительного количества зданий с качественным состоянием фасадов на 7-8 годах эксплуатации. В результате выполнения натурных исследований сделать какие-либо заключения о снижении долговечности теплоизоляционного слоя и потере его теплозащитных качеств в связи с недостаточным для этого сроком эксплуатации не представляется возможным.


Поскольку доминирующую роль в обеспечении требуемого уровня теплоизоляции стен из условий энергосбережения заняли пенополистирол, минвата, пенополиуретан, вытеснившие долговечные материалы, то следует дать оценку роли уровня теплоизоляции наружных стен в энергетическом балансе здания и определить, какую же это может дать экономию тепловой энергии на отопление. Для этого были выполнены расчеты теплопотерь и потребность тепловой энергии на отопление 9-этажного жилого здания с естественной вентиляцией (проект ЦНИИЭП жилища, 1999-12-15) по методике, рекомендуемой для этих целей в СП 23-101-2000 [10]. Полученные результаты позволили установить роль наружных стен в энерге тическом балансе здания для различных регионов России.

Высота здания в целях сопоставления результатов во всех регионах принималась одинаковой. В целях упрощения расчетов в СП 23-101-2000 роль наружных ограждающих конструкций в энергетическом балансе здания представляется в виде приведенного трансмиссионного коэффициента теплопередачи, характеризующего теплопотери конструкций всей оболочки здания. Такой подход приемлем для расчета потребности тепла на отопление здания в целом. В нашей постановке, преследующей, в основном, цель исследования влияния уровня теплоизоляции наружных стен во взаимосвязи с долговечностью, потребовалось оценить роль каждого элемента оболочки здания отдельно, не нарушая предложенной в СП 23-101-2000 методики. Теплопотери жилого 9-этажного здания рассчитывались для различных климатических регионов страны с ГСОП от 5014 до 10394 при значениях Rpp стен от 0,5 до 6 м2 °С/Вт. Теплозащитные качества окон и покрытий принимались по СНиП И-3-79* и СНиП 23-02-2003. Анализ выполнялся по сравнению с данными, полученными для зданий с теплозащитными качествами наружных стен, соответствующими R™ по санитарно-гигиеническим условиям. Они определялись по формуле №1 СНиП И-3-79*.

Расчеты выполнялись с использованием скорректированного значения коэффициента теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции (ав). Значение этого коэффициента в расчетах Р^р наружных стен по санитарно-гигиеническим условиям принималось равным 6,75 Вт/(м °С), т.е. отличающимся от усредненного значения ссв=8,7 Вт/(м °С), характеризующего теплообмен у стены совместно с теплообменом у окна. Использование усредненного значения ав в расчетах приводило к получению заниженных требуемых значений теплозащитных качеств наружных стен. Поэтому были проведены исследования, позволившие установить фактическое значение ав на внутренней поверхности наружных стен. Изменение ав в зависимости от температурного перепада внутреннего воздуха и внутренней поверхности (AtH) приведены на рис. 3. Оно установлено в результате многолетних натурных исследований наружных стен, а также фрагментов стен в климатической камере с различным уровнем теплозащитных качеств при различных температурах наружного воздуха. Эти данные подтверждены результатами исследований теплообмена на внутренней поверхности стен с применением лазерной интероферометрии.


Введение уточненных значений ав в формулу 1 позволяет устанавливать достоверный требуемый уровень теплозащитных качеств наружных стен из условий обеспечения санитарно-гигиенической безопасности для проживания граждан. Фактические требуемые значения Ronp на 30-40% превышают ранее принимаемые результаты, т.е. до введения изменений №3 СНиП И-3-79*. Этот уровень требуемой теплоизоляции наружных стен принимается базовым в дальнейших расчетах. Значение R"p по санитарно-гигиеническим условиям для различных регионов приведены в табл. 2. В г. Твери при R™ =1,20 м2 °С/Вт теплопотери через стены составляют 38,2% от общих теплопотерь здания. На обеспечение вентиляции помещений здания 38,5%.

Увеличение Rpp стен до 3,2 м2 °С/Вт, т.е. до требуемого значения по условиям энергосбережения, приводит к перераспределению этих составляющих соответственно до 19% и 50%. При эксплуатации 9-этажного жилого здания в более суровых климатических условиях роль наружных стен в энергетическом балансе здания снижается в связи с ростом энергозатрат на поддержание вентиляции помещений. Например, в г. Якутске тепловые потери через наружные стены при R0"p = 1,83 м2 °С/Вт, т.е. соответствующем требованиям по санитарно-гигиеническим и комфортным условиям, составляет 32% от общих теплопотерь здания. На обеспечение вентиляции помещений здания - 47%. Увеличение Rpp стен до 5,04 м2 °С/Вт приводит к перераспределению тепловых потерь в здании соответственно до 14,7% и 58,5% (рис.4). Такое соотношение теплопотерь соответствует принятой в СП-23-101-2000 кратности воздухообмена, соответствующей низкой плотности заселения.

Для муниципального жилья, с повышенной плотностью заселения, даже однократный воздухообмен не обеспечивает комфортной воздушной среды. В этих домах расходы тепла на вентиляцию значительно увеличиваются, и в процентном отношении роль наружных стен в энергетическом балансе здания снижается в Твери до 14%, а в г. Якутске до 11 %. Не типичная для г. Якутска высота в 9 этажей принята с целью удобства сравнения результатов расчета. При рассмотрении роли наружных стен в энергетическом балансе здания в МДж с увеличением Rpp стен с 1,20 до 3,2 м2 °С/Вт в климатических условиях г. Твери достигается экономия 804-Ю3 МДж, т.е. 23,8% от общих теплопотерь здания (рис. 5). В г. Якутске с увеличением R"" стен с 1,83 до 5,04 м2 °С/Вт теплопотери здания снижаются на 111610е МДж, т.е. на 20,5%. Из рис. 5 видно, что увеличение Ronp стен выше двух термических единиц не приводит к ощутимому снижению теплопотерь. Особо следует рассмотреть изменение теплопотерь здания на участке R°" стен, находящемся в диапазоне 0,5-1,50 м2 °С/Вт. Уменьшение Rnp наружных стен с 1,0 до 0,5 м2 °С/Вт увеличивает теплопотери 9-этажного жилого здания с 3635-Ю3 МДж до 5182-Ю3 МДж, более чем на 40%. Снижение R0"p наружных стен с 1,5 до 1,0 м2 °С/Вт, т.е. на ту же величину, но на другом уровне увеличивает теплопотери на 15%. Т.е. разница более чем в 2,5 раза (рис.4). Первые серии панельных зданий, имеющих Ronp в пределах 0,6-0,7 м2 °С/Вт и повышенный коэффициент остекленности, требуют тепла на отопление в приведенных показателях значительно больше по сравнению с кирпичными, построенными в то же время.

Поэтому их необходимо утеплять или сносить. На рис. 5 представлен вклад каждой термической единицы наружных стен в экономию тепловой энергии, затрачиваемой на отопление здания. Из рисунка видно, что получаемая экономия не находится в прямо пропорциональной зависимости от увеличения термических свойств наружных стен. Расход тепла на отопление зданий существенно снижается при увеличении R"p стен с 1,0 до 2,0 м2 °С/Вт. При дальнейшем увеличении R0np стен снижение расхода тепла становится мало ощутимым для реальной практики эксплуатации зданий. Тем не менее, окончательный вывод об этом можно сделать после расчетов окупаемости вложенных средств в повышение уровня теплоизоляции наружных стен и возможных затрат на капитальный ремонт наружных стен с целью восстановления утраченного ресурса теплоизоляции во времени. Расчет окупаемости вложенных средств в повышение уровня теплоизоляции для наружных стен типа "термофасад" выполнен с утеплителем из жестких минераловатных плит и пенополистироль-ных с минераловатными рассечками.

Для составления сметы на утепление наружных стен был изучен рынок предлагаемых услуг. Цены различных фирм на утепление фасадов зданий на рынке отличаются на 5-15 %. Составление сметы выполнялось по ценам строительной фирмы "Тепло-Авангард", т.к. они были близки к средним значениям. Сметные расчеты стоимости стен из керамических материалов Норского кирпичного завода (г. Ярославль) и НПО "Керамика" (г. С.-Петербург) выполнены Ярпромпроект и Ленни-ипроект в соответствии с действующими правилами сметного ценообразования (ГЭСН - 2001) и "Методическими указаниями по определению стоимости строительной продукции на территории Российской Федерации МДС81-1.99". При анализе смет, составленных ТПО "Резерв" и другими проектными организациями, установлено, что сметная стоимость 1 м2 полезной площади в многоэтажных зданиях составляет 11000-13500 рублей в ценах 2003 года. Вместе с тем, рыночная цена 1 м2 полезной площади в г. Москве по ряду причин в 2,5-3 раза превышает сметную стоимость и составляют 30000-40000 руб/м2. Поэтому оценка срока окупаемости вложенных средств в повышение уровня теплоизоляции стен выполнялась по сметной и рыночной стоимости. При расчетах стоимость тепловой энергии принималась действующей в г. Москве на май 2003 г., равной 468 руб за Гкал или 0,4 руб за кВт-ч (0,112 руб за МДж). Результаты расчетов приведены в табл. 3,4.

Сроки окупаемости установлены, исходя из сметной стоимости строительства. Она отражает фактическую стоимость строительства (индивидуального застройщика), равную 11000-12500 рублей за 1 м2 полезной жилой площади. Если же исходить из рыночной стоимости квадратного метра полезной площади жилья, составляющего в г. Москве от 30000-40000 руб., то срок окупаемости вложенных средств в дополнительную теплоизоляцию увеличивается в 2-3 раза. Средства, вложенные в дополнительную теплоизоляцию из пенополистироль-ных плит сверх Ronp, соответствующего санитарно-гигиенической безопасности, в г. Твери могут окупиться через 17-52 года в зависимости от количества добавленных термических единиц. Использование минераловатных плит продлевает срок окупаемости до 47-117 лет. В г. Якутске срок окупаемости возрастает соответственно до 19-64 и 39-163 лет (табл. 3). Гарантированный безремонтный срок службы фирмами-исполнителями для материалов термофасадов устанавливается в лучшем случае 10 лет. При нарушении технологического регламента в процессе утепления наружных стен и нанесения штукатурного слоя периодичность восстановительного ремонта фасада здания сокращается до 3-5 лет. Затраты на ремонт стен, даже при периодичности 10 лет, превышают возможную выгоду от экономии тепла на отопление здания.


Кроме того, следует учитывать, что через 30 лет в результате естественной деструкции беспрессовых пенополистироль-ных плит теплозащитные качества стен могут снизиться на 15-25%. Это подтверждают результаты исследований, выполненные в НИИМосстрой (к.т.н. Румянцева И.Н.), НИИСФ (д.т.н., проф. Хлевчук В.Р., д.т.н. Ананьев А.И.) [11], ИНРЕКОН (д.т.н. Семченков А.С). В подобном состоянии будут и стены, содержащие минераловат-ные плиты. Их применение приводит также к ослаблению конструкции стены, снижению ее прочности и ускоренному разрушению в результате температурно-влажност-ных деформаций в местах связей. В более благоприятных условиях находятся панельные стены, утепленные пенополистиролом толщиной 15 см. Сметная стоимость 1м2 17-этажного панельного здания, возведенного в г. Москве по улице Твардовского, по данным ТПО "Резерв", составляет 2801 руб. Стоимость квадратного метра панельной стены несколько выше стоимости 1мг стены термофасада, составляющей 2560 руб. при том же уровне теплоизоляции. Панельная стена имеет преимущество в сравнении с термофасадами в долговечности наружного отделочного слоя, изготовленного из бетона, облицованного керамической плиткой. Поэтому она в процессе эксплуатации не требует капитального и текущего отделочного ремонта на протяжении 50 лет. Снижение теплозащитных свойств утеплителей в панелях происходит замедленно.

Это обеспечивается прочными бетонными ограждающими слоями. Окупаемость вложенных средств в повышение уровня теплоизоляции кирпичных стен сверх FTP по санитарно-гигиеническим требованиям, т.е. с 1,2 до 1,89 м2 °С/Вт, при оценке по сметной стоимости составляет 19-28 лет. Увеличение FT'flO 3,26 м2 °С/Вт повышает срок окупаемости до 32-44 лет (табл. 4). Особое внимание акцентируется на сметной стоимости строительства потому, что именно она отражает фактические затраты при строительстве индивидуального и муниципального жилья [12]. Кроме того, индивидуальное строительство в стране ведется, как правило, из кирпича. Окупаемость вложенных средств в дополнительную теплоизоляцию наружных кирпичных стен дома, купленного по рыночным ценам, значительно выше. Но в обоих случаях она не превышает затраты, вложенные в мягкие утеплители, используемые в термофасадах. Необходимо отметить, что эффективные керамические материалы отличаются высокой стабильностью теплотехнических свойств во времени, что сохраняет их первоначальный уровень теплоизоляции в процессе длительного срока эксплуатации. Эти положительные качества кирпичных стен дополняет высокая морозостойкость применяемого лицевого кирпича, выдерживающего 50-100 циклов замораживания и оттаивания. Что обеспечивает безремонтный срок службы наружных стен не менее 100 лет.

Теплозащитные качества и стоимость стен из кирпича, в отличие от возведенных с применением недолговечных утеплителей, будут оставаться на постоянном уровне 100-150 лет. Это подтверждается опытом эксплуатации кирпичных зданий, возведенных еще в дореволюционное время. Вложенные средства в их дополнительную теплоизоляцию через 20-30 лет будут выглядеть незначимой суммой. За этот срок они окупятся и начнут приносить доход в виде сэкономленных энергетических ресурсов, цена на которые может существенно возрасти к тому времени. Поэтому к повышенному расходу тепловой энергии при производстве долговечных керамических и других обжиговых теплоизоляционных стеновых материалов нельзя относиться как к безвозмездно потерянным энергетическим затратам. Процесс обжига кирпича следует рассматривать как сохранение тепловой энергии для постепенного возвращения ее при длительной эксплуатации здания в большем количестве и по более высоким ценам в виде сэкономленного тепла на отопление. Поэтому из условий энергосбережения при возведении зданий, особенно капитальных, со сроком службы 100 и более лет, необходимо отдавать предпочтение долговечным керамическим и другим теплоэффективным обжиговым материалам.


Проведенный анализ подтвердил целесообразность разделения требований к уровню теплоизоляции наружных стен на обязательные и добровольные. В технический регламент и стандарт организаций в соответствии с Законом "О техническом регулировании" в качестве обязательного необходимо ввести нормирование уровня теплозащитных качеств наружных стен из условий обеспечения санитарно-гигиенической безопасности проживания граждан, определяемого по формуле 1 СНиП П-3-79*. Результаты расчетов по этой формуле приведены в табл. 5,1-ая строка. Обязательные требования, практически, во всех регионах страны могут быть обеспечены применением долговечных местных стеновых материалов (кирпич керамический пустотелый, кирпич и камни пустотелые из пористой керамики, силикатный пустотелый кирпич на керамзитовом песке, легкие керамзитобетонные панели, ячеистобетонные панели и блоки, кирпич из пенокерамики). Поскольку с применением этих материалов обеспечивается возведение долговечных наружных стен со сроками службы 100-150 лет [13] и более, то вполне допустим некоторый перерасход тепла на отопление зданий, так как он окупится меньшими эксплуатационными затратами на ремонт наружных стен, а также более длительным сроком службы здания и повышенной комфортностью жилых помещений. Применение конструкций наружных стен с уровнем теплозащитных качеств, превышающим уровень требований по санитарно-гигиенической безопасности (обязательные требования), должно выполняться на добровольной основе. Верхний предел рекомендуемого уровня теплоизоляции по добровольным требованиям приведен во второй строке табл. 5. Его можно обеспечить применением высокоэффективного долговечного кирпича из пористой керамики даже в северных районах страны с температурой холодной пятидневки зимой -50°С. Превышать верхний предел уровня теплоизоляции наруж ных стен нецелесообразно, так как это не приведет к заметной экономии энергоносителей на отопление домов с естественной вентиляцией. Предложенный в табл. 5 уровень теплоизоляции наружных стен поддерживается ведущими специалистами страны [14].


 

Cледует рассмотреть, как реально потребитель может вернуть во время эксплуатации в виде сэкономленной тепловой энергии сделанные дополнительные единовременные затраты в повышение уровня теплоизоляции наружных стен. К сожалению, существующая система оплаты за отопление квартир не позволяет это сделать. Основная причина - отсутствие заинтересованности у производителей в экономии тепла.

  Без наличия приборов учета и регулирования отпуска тепла, на первое время хотя бы в каждом доме, а в последующем с установкой теплосчетчиков в каждой квартире, невозможно решить остро стоящей проблемы экономии энергоносителей в жилищно-коммунальном комплексе страны. Но для этого нужны средства, и они должны уже сейчас вкладываться на стадии разработки проектных решений зданий. Они значительно меньше затрачиваемых на утепление стен. Если в надземной части здания стоимость наружных стен составляет 14,6- 16,2%, то стоимость отопительной системы вместе с автоматической и контролирующей аппаратурой составляет 2,2%. Даже увеличение затрат в 2-3 раза на совершенствование отопительной системы, оснащение ее дополнительной регулирующей и контролирующей аппаратурой, увеличит стоимость надземной части не более чем на 3%. А если эту долю сопоставить с рыночной стоимостью реализуемого жилья, то общие затраты на установку более совершенного инженерного оборудования будут составлять меньше 1% от стоимости современного многоэтажного дома. Поэтому, уже на стадии проектирования в обязательном порядке необходимо предусмотреть оборудование всех квартир теплосчетчиками.

  Выполнение этих мероприятий, по данным академика РААСН Чистовича С.А., Лапир М.А., к.т.н. Ливчака В.И. и других ведущих специалистов по отопительным системам, позволит сократить расход тепла на отопление на 60-70%. Еще больший резерв заложен в содержании тепловых сетей на требуемом качественном уровне и обеспечении их безаварийной работы. Полученная таким способом экономия тепла на порядок превышает экономию тепла за счет чрезмерного дополнительного утепления наружных стен. А, самое главное, избавит от дополнительных затрат на проведение капитальных ремонтов зданий. Необходимость скорейшего решения поквартирного учета расхода тепла подтверждается неудовлетворенностью населения существующей системой взимания с жильцов оплаты за отопление квартир. Ставки за отопление 1м2 отапливаемой площади имеют тенденцию к значительному росту. Так, в г. Москве в 2001 г. она составляла 5 руб. 40 коп.; в 2002 г. - 6 руб. 60 коп.; в 2003 г. - 7 руб. 40 коп.; с 2004 г. - 9 руб. (без учета дотаций). Если семья занимает в 9-этажном доме 3-комнатную квартиру общей площадью 77,79 м2, то платит за отопление 7 руб. 40 коп. х 77,79 мг х 12 месяцев = 6907 руб. 75 коп. На самом же деле, в соответствии с расчетами СП 23-101-2000, она должна платить меньше. Исходя из общего потребного количества на отопление здания, равного 2093476 МДж для г. Твери и 2064507 МДж для г. Москвы, ставка за 1м2 в месяц должна составлять 3 руб. 93 коп. (2064507 МДж / 5256 м2 = 392,8 МДж; 392,8 МДж х 0,12 руб.) / 12 месяцев = 3 руб. 93 коп.). Годовая оплата за отопление квартиры составит: 3 руб. 93 коп. х 77,79 м2 х 12 месяцев = 3668 руб. 58 коп. То есть переплата превышает 88%. Но поскольку государство дает дотацию на оплату за отопление в размере 43%, то население г. Москвы рассчитывается по ставке 4 руб. 20 коп., незначительно превышающей 3 руб. 93 коп.

Поэтому эта переплата населением не ощущается. Ее ощущают имеющие второе жилье, оплачиваемое по закону без дотации. Но при планируемом снятии дотации эту разницу почувствует все население. Не вызывает сомнения, что эти дополнительные деньги тратятся по целевому назначению, и в том числе на ремонт и эксплуатацию тепловых сетей. Но при сложившейся системе, когда ставки за тепло неудержимо растут, а поквартирный учет расхода тепла отсутствует, потребителю, купившему квартиру с повышенными теплозащитными качествами наружных стен, не представляется возможным сделанную переплату вернуть в виде сэкономленной тепловой энергии на отопление.

Сложившаяся неблагополучная обстановка в жилищно-коммунальном комплексе страны привела к удельным тепловым затратам на отопление зданий, в 2-3 раза превышающим эти затраты в зарубежных странах с равнозначными климатическими условиями. Основная причина различия заключается в неудовлетворительном содержании жилого фонда. Дома не оснащены качественным инженерным оборудованием, позволяющим осуществлять контроль и регулирование отпуска тепла.

В домах установлены окна с повышенной воздухопроницаемостью. В аварийном состоянии находятся тепловые сети. В противоречие с реальностью, в нашей стране, чтобы поправить положение дел в энергопотреблении зданий, пошли по пути повышения теплозащитных качеств наружных стен и перекрытий с 2000 г. в 3-3,5 раза по сравнению с нормами, действовавшими до 1995 года. Принятое решение неоднократно подвергалось критике ведущими учеными [12, 14-19]. Авторам изменений № 3 СНиП II-3-79* было известно о невозможности выполнения новых требований [5,6]. И они очень быстро от них стали отступать, но в коммерческих интересах. При разработке первых ТСН они стали разрешать снижать FT стен на 15-20%, потом побольше, а с 2003 г. снизили его почти в два раза. Например, в ТСН 23-340-2003 (С.-Петербург) для стен жилых зданий разрешили принимать R"p равным 1,76 м2 °С/Вт вместо 3,08 м2 °С/Вт. Аналогичный шаг предпринят и в г. Самаре. Причем такое значительное снижение допускается в случае, если удельная потребность тепловой энергии на отопление здания окажется меньше требуемого значения всего лишь на пять или немногим больше процентов. Этим косвенно подтвердили, что такой незначительной экономии тепла с большим успехом можно добиться некоторым повышением качества работы инженерного оборудования, чем увеличением теплозащитных качеств наружных стен почти в два раза.

Такая уступка С.-Петербургу сделана в коммерческих интересах отдельной группой лиц. В действительности необходимость такого шага вытекает из исследований, опубликованных в работах [15-19]. Казалось бы, всем давно понятно, что допущена серьезная ошибка в нормировании требуемого уровня теплозащитных качеств наружных стен зданий. И нормы нужно пересмотреть. Однако, без обсуждения с ведущими специалистами, Госстрой 26 июня 2003 г. в спешном порядке утвердил новый СНиП 23-02-2003 "Тепловая защита зданий" взамен СНиП П-3-79* "

Строительная теплотехника". По утверждению авторов, в нем сохранены прежние требования к уровню теплоизоляции наружных стен. Он введен в действие с 01.10.2003 г., но выпуск его по каким-то причинам задержался до весны 2004 г. Необходимость требования повышения теплозащитных качеств наружных стен авторы нового СНиП объясняют, в основном, отставанием от зарубежных норм. При этом не учитывается различие в принципах нормирования. В некоторых странах теплозащитные качества наружных стен нормируются по значению сопротивления теплопередаче, не учитывающему влияние теплопроводных включений, что увеличивает Ro почти в два раза по сравнению с RT В большинстве стран введено добровольное выполнение нормативных требований. Поэтому они стали носить рекомендательный характер. Но самая главная разница в нормировании теплозащитных качеств наружных стен вытекает из отличающегося принципа установления расчетных значений коэффициентов теплопроводности применяемых материалов.

В нашей стране они устанавливались на основе определения теплозащитных качеств наружных стен в реальных условиях эксплуатации в самый холодный период зимы в соответствии с требованиями ГОСТ 26254. Такой подход учитывает наличие замерзшей влаги в утеплителе, процесс фильтрации холодного воздуха. В зарубежной практике при проектировании теплозащиты стен применяют данные по теплопроводности теплоизоляционных материалов, полученные лабораторными испытаниями при положительных температурах с незначительной поправкой на эксплуатационную влажность. Использование лабораторных данных позволяет им проектировать наружные стены со значительно меньшей толщиной утеплителя. Если в обоих случаях принять одинаковую толщину утеплителя, то теплозащитные качества зарубежных наружных стен существенно выше проектируемых в нашей стране. Теплопотери же через наружные стены, несмотря на кажущуюся существенную разницу в теплоизоляционных качествах, будут почти одинаковыми. Чтобы уменьшить требуемую толщину теплоизоляционного слоя в стенах зданий, и у нас пошли по пути использования лабораторных значений коэффициентов теплопроводности. Основная цель такого подхода вытекает из необходимости реабилитации завышенных требований к теплоизоляции наружных стен. Они введены в табл. Е, 1 СП.23-101-2000 в сертификаты на эти материалы и почти соответствуют зарубежным. Сделанный такой подход применительно к некоторым материалам, в основном, зарубежных фирм, у строителей вызывает сомнение в его целесообразности. Практически предпринятый шаг привел к необходимости пересмотра рас четных теплотехнических характеристик всех строительных материалов. Для этого потребуется длительное время и большие финансовые затраты, но, самое главное, в результате приведет к еще более существенному различию фактических теплозащитных качеств наружных стен от проектных. Оно всегда существовало и в прежние времена в нашей стране, несмотря на заложенный запас в расчетные значения коэффициентов теплопроводности. Это подтверждается результатами натурных обследований наружных стен зданий, выполненных НИИМосстрой (к.т.н. Арты-кпаев Е.Т., к.т.н. Калядин Ю.А.), МНИИ-ТЭП (к.т.н. Авдеев Г.К., к.т.н. Румянцева И.А., к.т.н. Бухарова Н.В.), ЦНИИЭПЖи-лища (к.т.н. Васильев Б.Ф.,, к.т.н. Семенова Е.И.) и другими организациями страны. Они опубликованы в сборниках научных трудов институтов и в строительных журналах. Хотя эти результаты и получены на первом этапе повышения теплозащитных качеств наружных стен зданий с применением пенополистирольных и минерало-ватных плит, они не утратили своей актуальности применительно к современному строительству.


К сожалению, получаемые объективные результаты по теплозащитным качествам и долговечности наружных стен при натурных обследованиях зданий пересекаются с интересами производителей. И поэтому, проведение натурных обследований зданий по установлению фактических теплозащитных качеств и долговечности наружных стен практически приостановлены. Только по ним потребитель может судить об энергоэффективности приобретаемого жилья. Для этих целей в интересах потребителей должна быть создана независимая государственная организация, заинтересованная в объективной оценке качества строительства и установлению фактических теплозащитных качеств наружных стен и теплопотерь через них. Она должна быть отделена от разработки и утверждения нормативных документов и выдачи сертификатов качества. Поэтому в теплоэнергетический паспорт здания целесообразно вводить также данные по долговечности наружных ограждающих конструкций и утеплителей и их межкапитальным ремонтным срокам. Вводимые в паспорт проектные значения теплотехнических и теплоэнергетических показателей, включая удельный расход тепловой энергии на отопление, должны быть приведены в соответствие с замеренными на первом или втором году эксплуатации. Отпуск тепла в здание и его оплата должны производиться по уточненным теплотехническим и теплоэнергетическим показателям.

Таким образом, для создания энерго-сбегающих и долговечных наружных стен зданий наиболее перспективными являются керамические материалы. В последнее десятилетие в нашей стране произошла реконструкция большинства крупных кирпичных заводов. Они оснащены современным механическим и технологическим оборудованием. На некоторых из них с участием ведущих специалистов проводились работы, направленные на повышение теплозащитных качеств и долговечности пустотелого керамического кирпича, камней и блоков. В результате, на заводах ЗАО "Победа/ Кнауф" (г. С.-Петербург), ОАО "Голицын-ский кирпичный завод" (г. Москва), ЗАО "Норский керамический завод" (г. Ярославль), НПО "Керамика" (г. С.-Петербург), АО "Альтаир" (г. Ижевск), ЗАО "Железно-горский кирпичный завод" (Курская обл.) освоено производство пустотелых крупноформатных стеновых и лицевых керамических материалов из пористой керамики с повышенными теплозащитными качествами.

С применением передовых технологий освоено производство пустотелого лицевого кирпича различной цветовой гаммы с морозостойкостью от F 50 до F 100 и более. Низкая теплопроводность пористых керамических материалов позволяет возводить наружные стены с сопротивлением теплопередаче 1,2+3,2 м2 °С/Вт при толщине 380-640 мм. Применение для их облицовки лицевого кирпича повышенной морозостойкости обеспечивает безремонтную эксплуатацию наружных стен и фасадов зданий на протяжении 80-100 лет. Массовый выпуск теплоэффективных пустотелых керамических материалов из пористой керамики со стабильными теплотехническими показателями во времени и возведение из них долговечных наружных стен будет способствовать решению остро стоящей проблемы энергосбережения в нашей стране. Для этого необходимо опыт производства эффективных пустотелых стеновых материалов из пористой керамики распространить на другие заводы страны. В целях объединения усилий заводов в решении важнейшей проблемы энергосбережения в стране и развития их материальной заинтересованности в постоянном стремлении к повышению качества выпускаемой продукции в соответствии с Законом "О техническом регулировании" Ассоциация кирпичные заводы под руководством Российского общества инженеров строительства (РОИС) разрабатывает стандарт организации "Теплозащитные качества и долговечность керамических материалов и наружных кирпичных стен зданий". К этой работе привлечены ведущие специалисты страны. Этот стандарт согласно Закону "О техническом регулировании" будет отражать интересы не только производителей, но и потребителей. При его создании будет учтен зарубежный опыт. В него войдут, кроме обязательных требований, которые должны выполнять производители и потребители, также и добровольные, постоянно стимулирующие заинтересовын-ность производителей в повышении конкурентоспособности своей продукции. Интересы потребителей отразятся в предложениях рациональных конструкций наружных кирпичных стен из выпускаемой продукции, увеличивающей межкапитальные ремонтные сроки и снижающей потребность в энергоносителях на отопление зданий.

ССК Стены и Фасады №1(50) 2008 Также был напечатан в журнале "Строительный эксперт"№ 5(168)/2004. Взгляд на энергосбережение сквозь стены. Теплозащитные качества и долговечность наружных стен зданий. Анализ требований СНиП II-3-39*, СНиП 3-02-2003 и ТСН с позиций Закона "О техническом регулировании".