От редакции

В настоящее время в России осуществляется актуализация нормативных документов, действовавших ранее и одновременно разрабатываются предложения по совершенствованию методов расчета тепло-, холодопотребления зданий и нормативных величин, включенных в них. Такую работу проводит Министерство регионального развития РФ, технический комитет по стандартизации ТК 465 «Строительство», региональные организации (в Москве – Москомархитектура) и т. д.

Ряд вопросов, связанных с актуализацией нормативных документов, затронуты в статье А. Л. Наумова, Г. А. Смаги, Е. О. Шилькрота «Определение годовых расходов энергии на эксплуатацию зданий», опубликованной в журнале «AВОК», 2010, № 4. В этом номере мы продолжаем тему и публикуем статью канд. техн. наук В. И. Ливчака.

Обсуждая проект Стандарта АВОК «Энергетический паспорт проекта здания»

В. И. Ливчак, начальник отдела энергоэффективности строительства Мосгосэкспертизы

В настоящее время, когда во всех зданиях Москвы практически установлены домовые теплосчетчики, а в Федеральном законе № 261-ФЗ «Об энергосбережении и повышении энергоэффективности» поставлена задача с 2012 года осуществлять и поквартирный учет расхода тепловой энергии на отопление и горячее водоснабжение, становится актуальным вопрос, как правильно рассчитать требуемое теплопотребление на отопление. Это связано с тем, что измеренное теплосчетчиком количество потребленной тепловой энергии является только констатацией того, что на отопление здания израсходовано определенное количество энергии, а для достижения энергоэффективности надо сравнить его с требуемым оптимальным значением.

С этих позиций вызывают интерес публикации, посвященные определению годовых расходов энергии в процессе эксплуатации зданий. Однако статья [1] не способствует решению этой актуальной задачи. Во-первых, судя по ссылкам на литературу, авторы считают, что с 1961 года, когда вышел в свет справочник «Вентиляционные установки машиностроительных заводов», и до 1999 года никто ничего не публиковал на эту тему. Напомним, что требуемый годовой расход тепловой энергии на отопление был занормирован в СНиП II.04.07-86 «Тепловые сети». В монографии [2] было показано, что формула, приведенная в этом СНиП, не отвечает оптимальному теплопотреблению для жилых зданий, поскольку ее использование предполагает, что бытовые тепловыделения в квартирах, являющиеся составной частью теплового баланса здания, меняются с изменением наружной температуры, что не соответствует действительности. В [3] были сформулированы основные требования к определению годового расхода тепловой энергии на отопление, включенные в МГСН 2.01-99, СНиП 23-02-2003 и в Стандарт АВОК «Энергетический паспорт проекта здания», подготовленный как новая, усовершенствованная редакция МГСН 2.01, но по юридическим соображениям отвергнутая, как несоответствующая закону о техническом регулировании.

Далее авторы [1], рассмотрев этот стандарт на стадии согласования документа, считают, что он нуждается в уточнениях, в частности, по их словам, «…использование при определении удельных затрат тепла на отопление комплекса градусо-суток представляется не вполне корректным», полагая, что для одного и того же региона для разных зданий в зависимости от «величины внутренних теплопоступлений с учетом инсоляции показатель градусо-суток должен быть различный».

Никто никогда не рассматривал градусо-сутки отопительного периода в зависимости от величины внутренних тепловыделений с учетом инсоляции и адекватности системы автоматического регулирования теплопотребления на отопление и вентиляцию. Градусо-сутки отопительного периода – это климатический показатель района местности, характеризующий суровость зимы в этом районе. Чем больше величина градусо-суток, тем более суровые климатические условия в зимнее время.

На начало и конец отопительного периода может влиять относительная величина доли внутренних тепловыделений (но не инсоляция, поскольку в пасмурные дни она ничтожна) к теплопотерям здания через ограждения и с инфильтрацией. И, например, в Германии в 2002 году по постановлению EnEV-2002 в связи с повышением теплозащиты большинства зданий, а соответственно, с увеличением доли внутренних тепловыделений в тепловом балансе здания, пересмотрена температура наружного воздуха начала и окончания отопительного периода с +12 °С (величина градусо-суток была 3 500) на +10 °С (величина градусо-суток 2 900).

Но в нашей стране принятая для районов с расчетной температурой наружного воздуха выше -30 °С температура начала и окончания отопительного периода +8 °С была занижена с точки зрения компенсации теплопотерь жилого здания внутренними тепловыделениями в квартирах, определяемой известной зависимостью теплового баланса дома:

(K_m^tr + K_m^inf)·A_ext·(t_в - t_н) = q_int·A.

На примере реального жилого дома типовой серии II-18-01/12 суммарной площадью наружных ограждений A_ext = 3 809 м², запроектированного по СНиП до 1995 года, приведенный коэффициент теплопередачи наружных ограждений будет K_m^tr = 1,273 Вт/(м²·°C), условный инфильтрационный коэффициент теплопередачи при воздухообмене 3 м³/ч на 1 м² площади пола жилых комнат с увеличением на 30 % из-за высокой воздухопроницаемости оконных проемов – K_m^inf = 0,805 Вт/(м ·°С), удельная величина внутренних тепловыделений q_int = 21 Вт/м² площади пола жилых комнат 2 496 м² и кухни (6·72) м². Подставив в уравнение приведенные величины и решая его относительно неизвестной t_н, находим

(1,273 + 0,805)·3 809·(20 – t_н) = 21·(2 496 + 6·72).

Отсюда t_н = +12,3 °С.

Для такого же дома, запроектированного по тому же СНиП после 2000 года с утеплением, приведенный коэффициент теплопередачи наружных ограждений будет K_m^tr = 0,574 Вт/(м²·°С), условный инфильтрационный коэффициент теплопередачи при воздухообмене 3 м³/(ч·м²) и с окнами повышенной герметичности K_m^inf = 0,722 Вт/(м²·°С). С учетом удельной величины внутренних тепловыделений, рекомендованной в том же СНиП уже в размере не менее 10 Вт/м², компенсация теплопотерь t_н= +14,1 °С.

Для такого же дома, запроектированного с учетом положений СНиП 23-02-2003 при воздухообмене 30 м³/ч на человека (K_m^inf = 0,524 Вт/(м²·°С)) и удельной величине внутренних тепловыделений 17 Вт/м² площади пола только жилых комнат без кухонь, компенсация теплопотерь внутренними тепловыделениями наступит при t_н = +9,9 °C.

Как видим, везде температура наружного воздуха выше +8 °С, поэтому ни о каком смещении «… в ряде жилых новостроек фактических сроков потребности в отоплении к наружной температуре +3…+5 °С» [1] не может быть и речи. Если в какой-то период времени, например, при появлении солнца или при повышении дневной температуры наружного воздуха до +15…+18 °С, когда ночная температура была около 0 °С, потребности в отоплении не будет, автоматика регулирования отопления закроет подачу теплоносителя в систему отопления, но это не означает, что должна измениться величина градусо-суток отопительного периода.

Приведенный в [1] расчет на примере, взятом из Стандарта АВОК «Энергетический паспорт проекта здания», изобилует ошибками, и в результате также не подтверждает необходимости пересмотра принятой по СНиП 23-01-99 «Строительная климатология» продолжительности отопительного периода. В приведенном в [1] расчете из примера правильно взят только один показатель – теплопотери за отопительный период через наружные ограждения – Q_tr^y = 7 644 445 кВт·ч/год (теплопоступления с инсоляцией Q_s^y = 2 614 220 кВт·ч/год, как было сказано выше, при оценке теплового баланса в средние сутки за отопительный период учитывать не корректно), остальные цифры

В примере рассматривается высотное 72-этажное здание многофункционального назначения: 70 % площади занимают офисы, 20 % – помещения торгового и досугового назначения, 10 % – апартаменты длительного проживания. Поэтому не правильно принимать в расчетах единый удельный показатель внутренних тепловыделений 10 Вт/м², как для апартаментов, и такого в примере стандарта нет (а вокруг этого строится все доказательство в [1]). В примере приводится расчет средне­взвешенной величины удельных внутренних тепловыделений в час за средние сутки отопительного периода:

q_int.ср = [10·24·12 260 + (90/10 + 25·0,5 + 10·0,4)·88 200·8·5/7 +
+ (90/10 + 25·0,75 + 10·0,2)·(26 840 + 1 366)·12·0,7)] /
/ (24·128 666) = 7,4 Вт/м²,

а не 10 Вт/м², как указано в расчете [1].

Но это средняя величина, применяемая для определения годового теплопотребления и оценки энергетической эффективности здания. Учитывая, что в основном это здание общественного назначения, в котором больше половины суток внутренние тепловыделения отсутствуют, вероятно, не актуально ставить вопрос пересмотра сроков начала и окончания отопительного периода в сторону их смещения к более низкой наружной температуре. Однако авторов [1] больше интересует баланс теплопоступлений и теплопотерь в рабочее время. Поскольку свои расчеты возможных тепловыделений они не приводят, обратимся к уже цитируемому примеру из Стандарта АВОК:

q_int.ср = [10·12 260 + (90/10 + 25·0,5 + 10·0,4)·88 200 + (90/10 + + 25·0,75 + 10·0,2)·(26 840 + 1 366)] / 128 666 = 24,9 Вт/м².

А теперь, используя уравнение теплового баланса, представленное выше, определим температуру наружного воздуха, при которой можно было бы отключить отопление (средневзвешенная за отопительный период температура наружного воздуха, при которой были определены теплопотери через наружные ограждения, равна +3,5 °С):

7 644 445·(20 – t_н)/(20 + 3,5) = 24,9·128 666,

откуда t_н = +10,2 °С.

Опять не подтверждается, что «нагрузка на систему отопления отрицательная, и отапливать здание не нужно» [1] в пасмурный день. А что в солнечный день помещения, выходящие на фасад, освещенный солнцем, можно не отапливать даже при t_н = –5 °С, было давно уже показано на жилом доме в [2], но все равно остаются помещения противоположного фасада и их надо топить, как показано выше, до наружной температуры +10,2 °С.

Думаю, продолжать доказывать очевидное еще и на примере жилого 20-этажного дома нет необходимости, но на невнимательное прочтение авторами [1] рассматриваемого ими неопубликованного Стандарта (поэтому и приходится давать такие пространные комментарии) и на то, с чем нельзя согласиться, следует обратить внимание.

1. При определении нагрузки системы отопления или границ отопительного периода нельзя учитывать теплопоступления с инсоляцией, поскольку в пасмурные дни она ничтожна, а при наличии воздействует только на половину здания. Это уже должно быть ясно и очевидно.

2. По поводу необходимости нагрева наружного воздуха в системах приточной вентиляции до +14…+16 °С и несовпадения продолжительности периода работы систем теплоснабжения калориферов и систем отопления. Как показано выше, при t_н более +10 °С внутренние тепловыделения превышают теплопотери через наружные ограждения и во избежание повышения внутренней температуры выше комфортной следует снижать температуру приточного воздуха общеобменной вентиляции, исключая ее нагрев в калориферах. Поэтому практически время окончания отопления и нагрева наружного воздуха в калориферах совпадает, и даже некоторое несовпадение не является основанием пересмотра продолжительности отопительного периода.

3. Потребительский подход, принятый в СНиП 23-02-2003 и заложенный при разработке Стандарта АВОК «Энергетический паспорт проекта здания», распространяется на выбор теплозащиты здания, а не на энергоэффективность принятой в проекте системы механической вентиляции. И уже после выбора теплозащиты по соответствию удельного за отопительный период расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию в размере нормативного воздухообмена по основным помещениям здания выполняется «отдельный расчет теплопотребления системами механической вытяжной вентиляции» [1] общественных зданий на соответствие проектного значения требованиям норм по энергоэффективности.

4. При этом в случае несоответствия требованиям Стандарта предусматривается либо еще большее повышение теплозащиты, либо увеличение энергоэффективности управлением системой отопления, либо повышение энергоэффективности системы механической вентиляции, кондиционирования воздуха или тепловых завес, в частности путем утилизации теплоты вытяжного воздуха или системы общеобменной вентиляции с автоматическим регулированием производительности по потребности. В Стандарте АВОК приводятся соответствующие формулы, учитывающие эти решения.

5. Коэффициент тепловых потерь трубопроводов β_hl = 1,1, прокладываемых в неотапливаемых помещениях, учитывающий повышенные теплопотери стены зарадиаторного участка и дополнительное теплопотребление системы отопления, связанное с дискретностью номинального теплового потока номенклатурного ряда отопительных приборов (но не только последнее, что было продекларировано в [1], эта часть теплопотерь не превышает 20 %), распространяется на жилые дома и другие здания с естественной вентиляцией, поскольку в них отопительные приборы компенсируют также нагрев инфильтрующегося наружного воздуха. В общественных зданиях с механической вентиляцией этот коэффициент учитывает теплопотери как трубопроводов теплоснабжения калориферов, так и воздуховодов приточного воздуха.

6. Показатель компактности здания, как и другие геометрические показатели, не является нормируемым, а носит информативный характер, он несовершенен не только потому, что не учитывает высоту этажей сравниваемых зданий, но и степень остекленности фасада. Предлагаемый авторами [1] показатель отношения полезной площади здания к общей площади наружных ограждений присутствует в перечне показателей Стандарта АВОК «Энергетический паспорт проекта здания», но он также не может характеризовать не только энергоэффективность здания в целом, так как не оценивает энергоэффективность инженерных решений, но и «энергоемкость объемно-планировочных решений», так как при одном и том же соотношении площадей возможны разные доли участия ограждений с разными приведенными сопротивлениями их теплопередаче, что повлияет на энергоэффективность теплозащиты.

7. Вопросам «контроля соответствия фактической энергоемкости здания проектным показателям и реализации мероприятий их устраняющих» посвящены Приложения Д и Е Стандарта АВОК, а ранжирование требований энергоэффективности общественных зданий в зависимости от сменности их режима работы приведены в табл. 2, раздела 2 «Нормы и классы энергоэффективности зданий».

Авторы [1] высказали пожелания дополнить Стандарт АВОК «Энергетический паспорт проекта здания» разделом, связанным с определением и нормированием энергетических нагрузок в летнее время года на системы холодоснабжения и кондиционирования, а также с регламентированием годового потребления электрической энергии системами инженерного обеспечения зданий и на освещение, и приведением развернутых, обоснованных и подтвержденных практикой эксплуатации величин удельных внутренних тепловыделений в общественных зданиях различного назначения. Авторы Стандарта АВОК согласны с целесообразностью таких дополнений и приглашают к совместной работе, к формулированию конкретных содержательных предложений. К сожалению, статья [1] таких предложений не содержит.

Литература

1. Наумов А. Л., Смага Г. А., Шилькрот Е. О. Определение годовых расходов энергии на эксплуатацию зданий // АВОК. – 2010. – № 4.
2. Грудзинский М. М., Ливчак В. И., Поз М. Я. Отопительно-вентиляционные системы зданий повышенной этажности. М. : Стройиздат, 1982.
3. Ливчак В. И. К нормированию потребления тепла на отопление и вентиляцию жилых и административных зданий // Энергосбережение. – 1999. – № 5.