Расчет энергоэффективности зданий: методики и нормативы

Расчет энергоэффективности – один из важнейших этапов энергоаудита, который в полном объеме осуществляется по нескольким десяткам критериев, в зависимости от объекта. Число таких параметров может достигать восьмидесяти. Если говорить об энергоэффективности зданий, то она измеряется в киловаттах на 1 м² в год.  Под энергетической эффективностью зданий понимают теплотехнические и энергетические параметры здания (совокупность теплозащиты и инженерных систем), которые позволяют обеспечивать нормируемое энергопотребление. Под тепловой защитой зданий понимают теплозащитные свойства совокупности наружных и внутренних ограждающих конструкций, обеспечивающих заданный уровень расхода тепловой энергии на отопление при оптимальных параметрах микроклимата его помещений. Наиболее сложной из поставленных в Федеральном законе № 261-ФЗ задач представляется определение класса энергоэффективности зданий, строений и сооружений. Практика применения маркировки энергоэффективности зданий в Европе относится только к регулированию требований к годовому расходу тепловой энергии на теплоснабжение зданий.  Небольшие размеры государств и привязка по существу к одной климатической зоне облегчают эту задачу для европейских стран. В общем же случае в рамках принятого Закона речь идет об энергоэффективности зданий как энергопотребляющих комплексах с оценкой влияния архитектурно-планировочных решений, теплозащиты наружных ограждений, систем инженерного обеспечения зданий не только на теплоснабжение, но и на электроснабжение, и не только за отопительный период, но и в целом за год. Основные методики расчета энергоэффективности утверждены приказом Министерства регионального развития РФ № 273 от 7 июня 2010 года и включают использование относительных, абсолютных, удельных и сравнительных показателей. Существует три метода определения этих показателей: экспериментальный; расчетный; расчетно-экспериментальный. На этапе проектирования применяются расчетные методы, которые основываются на информации о нормативах энергоэффективности, а 13 также планируемых условиях и режимах работы объекта и базовой энергоэффективности оборудования того типа, которое будет на нем установлено. Если это оборудование или здание в целом использует несколько разных видов энергетических ресурсов, то расчет энергоэффективности выполняется по каждому виду отдельно.  Экспериментальный метод базируется на данных, полученных в результате энергетического обследования объекта, а также зафиксированных в ходе экспериментов и опытов. При расчетно-экспериментальном методе для подтверждения нормативных и расчетных данных используется эксперимент.  Показатель энергетической эффективности сопоставляется с другими строительными нормами, учитывается назначение сооружения, его геометрия, климатические условия местности, в которой будет производиться строительство. Энергетический паспорт является обязательным элементом проектной документации здания, в нем приводятся сведения о показателе и достигнутом классе энергоэффективности здания. Важность этого документа не вызывает сомнения, поэтому проанализируем влияние на данный документ последних изменений, внесенных как в российские, так и московские требования к энергетической эффективности зданий. Согласно СНиП 23–02–2003 «Тепловая защита зданий», энергоэффективность здания характеризуется показателем тепловой энергоэффективности, который численно равен удельному расходу тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания за отопительный период. Минимизация этого расхода достигается за счет утепления здания – повышения теплозащиты отдельных наружных ограждающих конструкций, совершенствования автоматического регулирования подачи тепла на отопление и сокращения расхода тепла на нагрев необходимого для вентиляции наружного воздуха при обеспечении комфортного теплового и воздушного режима в помещениях. Для оценки энергетической эффективности зданий должны быть определены критерии энергоэффективности и выявлены способы их достижения. Установлены две группы обязательных к исполнению взаимосвязанных критериев тепловой защиты здания, а также два способа проверки на соответствие этим критериям. Они основаны на: а) нормируемых значениях сопротивления теплопередаче для отдельных ограждающих конструкций тепловой защиты здания, 14 рассчитанных на основе нормируемых значений удельного расхода тепловой энергии на отопление. Нормируемые значения сопротивления теплопередаче установлены по видам зданий и помещений, а также по отдельным ограждающим конструкциям. Они определяются по табличным значениям или по формулам, установленным в зависимости от градусо-суток отопительного периода в районе строительства; б) нормируемом удельном расходе тепловой энергии на отопление здания, позволяющем варьировать теплозащитные свойства ограждающих конструкций зданий (за исключением производственных зданий) с учетом выбора систем поддержания микроклимата и теплоснабжения для достижения нормируемого показателя. Нормируемые значения удельного расхода тепловой энергии не зависят от района строительства, поскольку они отнесены к градусо-суткам отопительного периода.  Способ, по которому будет вестись проектирование, выбирает проектная организация или заказчик. Методы и пути достижения этих нормативов выбираются при проектировании. Нормы гармонизированы с международными стандартами. В частности, согласованы показатели энергоэффективности с требованиями законов (директив) Европейского Содружества (директивы 2002/91/ЕС и 93/76 SAVE). Выбор отдельных элементов теплозащиты начинают с определения расчетной удельной потребности тепловой энергии на отопление, анализируя влияние отдельных составляющих на тепловой баланс и выделяя элементы теплозащиты, где происходят наибольшие потери тепловой энергии. Затем для выбранных элементов теплозащиты и системы отопления и теплоснабжения разрабатывают конструктивные и инженерные решения, обеспечивающие нормируемое значение удельной потребности тепловой энергии на отопление здания. Выбор уровня теплозащиты для отдельных элементов наружных ограждений зданий осуществляют таким образом, когда комбинация этих уровней приводит к одному главному результату – удельному расходу в тепловой энергии на отопление. Это означает, что уровень теплозащиты для отдельных наружных ограждающих конструкций может быть ниже, равным или выше поэлементного уровня, установленного в нормах. Другая возможность – это компенсация пониженного по сравнению с поэлементным уровнем теплозащиты для одних элементов ограждающих конструкций 15 повышенным для других. Например, для 10-этажного трехсекционного жилого здания в Екатеринбурге применена конструктивная схема – каркас с заполнением стен из легкого бетона. При выборе величины нормируемого сопротивления теплопередаче для стен по первому способу получим 3,57 м2*°С/Вт, а по второму способу – 2,57 м2°С/Вт. Такое снижение нормируемого значения сопротивления теплопередаче получено за счет учета дополнительных факторов, влияющих на расход энергии на отопление. При этом удельная потребность в энергии по расчету 71, 3 кДж/(м2*°С*сут) при нормативе 72 кДж/(м2*°С*сут). Такая возможность получается потому, что учитывается влияние факторов, которые не берутся в расчет при поэлементном нормировании. Например, объемно-планировочные решения, в частности ширина здания, оказывают существенное влияние на потребность в тепловой энергии. В СНиП 23–02–2003 приведены рекомендуемые значения соотношений площадей внутренних поверхностей наружных ограждающих конструкций к замкнутому в них объему, при которых будут получаться энергоэффективные компоновки зданий. Эти требования являются рекомендуемыми, и поэтому они не ограничивают выбор архитектурных решений. В случае, если архитектурное решение здания не энергоэффективное, то следует выбрать повышенные требования к теплозащите, с тем чтобы компенсировать эту расточительность. Немаловажную роль играет ориентация здания. При более удачном выборе ориентации здания становится более существенным влияние солнечной радиации, поэтому в этом случае уровень теплозащиты как в целом, так и по отдельным элементам может быть снижен. Из приведенных примеров видно, что достичь требования СНиП 23–02–2003 можно различными путями или их комбинациями. СНиП 23–02–2003 стимулирует проектировщика к поиску наиболее выгодных комбинаций. Например, при проектировании поставлена задача: установить новый уровень теплозащиты для наружных стен на 30% ниже уровня, установленного при поэлементном нормировании. Такую задачу при использовании второго способа возможно решить несколькими путями. Первый путь – выбрать более эффективное объемно-планировочное решение, увеличив ширину здания с 12 до 16 м. Если этого будет недостаточно, то можно попытаться установить повышенный по сравнению с поэлементным уровень теплозащиты для чердачных или цокольных перекрытий. Или 16 же провести замену окон на более энергоэффективные либо снизить площадь остекленности фасада здания. Другой способ – использование децентрализованной системы теплоснабжения, например газовой котельной, установленной на крыше здания, вместо подключения к централизованной системе теплоснабжения. СНиП 23–02–2003 потребовал осуществлять контроль качества теплоизоляции каждого здания при приемке его в эксплуатацию методом термографического обследования согласно ГОСТ 26629. Такой контроль поможет выявить скрытые дефекты и устранить их до ухода строителей со строительного объекта. Также СНиП 23–022003 требует осуществлять выборочный контроль воздухопроницаемости помещений зданий согласно ГОСТ 31167. В СНиП 23–02–2003 также содержатся указания по контролю теплотехнических и энергетических параметров при эксплуатации зданий. Контроль параметров осуществляют с помощью энергетического аудита по ГОСТ 31168. Энергетический аудит здания определяется как последовательность действий, направленных на определение энергетической эффективности здания. Результаты энергетического аудита являются основой классификации и сертификации зданий по энергоэффективности. В СНиП 23–02–2003 предусмотрена обязательная разработка нового раздела проекта зданий «Энергоэффективность» (п. 11.1: «Контроль нормируемых показаний при проектировании и экспертизе проектов тепловой защиты зданий и показателей их энергоэффективности на соответствие настоящим нормам следует выполнять в разделе проекта “Энергоэффективность”, включая энергетический паспорт согласно разделу 12 и приложению Д».). В этом разделе должны быть представлены сводные показатели энергоэффективности проектных решений в соответствующих частях проекта здания. Сводные показатели энергоэффективности должны быть сопоставлены с нормативными показателями действующих норм. Указанный раздел выполняется на утверждаемых стадиях предпроектной и проектной документации. Разработка этого раздела осуществляется проектной организацией. Органы экспертизы должны осуществлять проверку соответствия нормам предпроектной и проектной документации в составе комплексного заключения.  Ограждающие конструкции зданий должны обеспечивать нормируемое сопротивление теплопередаче с минимумом теплопроводных включений и герметичностью стыковых соединений в сочетании с надежной пароизоляцией, максимально сокращающей проникновение водяных паров внутрь ограждения и исключающей возможность накопления влаги в процессе эксплуатации. Ограждающие конструкции должны обладать необходимой прочностью, жесткостью, устойчивостью, долговечностью. С внутренней и наружной сторон они должны иметь защиту от внешних воздействий. Кроме того, они должны удовлетворять общим архитектурным, эксплуатационным, санитарно-гигиеническим требованиям. Необходимый приток воздуха должен обеспечиваться через специальные регулируемые приточные отверстия в стенах, располагаемых либо в светопрозрачных конструкциях, либо в стенах, а также частично за счет воздухопроницаемости светопрозрачных конструкций. Вытяжка воздуха, как правило, осуществляется за счет системы вентиляции с естественным побуждением. В постановлении Правительства Москвы от 5 октября 2010 года № 900-ПП «О повышении энергетической эффективности жилых, социальных и общественно-деловых зданий в г. Москве» (далее ППМ № 900) ставится задача при проектировании нового строительства, реконструкции и капитального ремонта жилых и общественных зданий снижения с 1 октября 2010 года нормируемого удельного потребления тепловой и электрической энергии на отопление, вентиляцию, кондиционирование, горячее водоснабжение, освещение помещений общедомового назначения и эксплуатацию инженерного оборудования на 25% по сравнению с действующими на 1 июля 2010 года по СНиП 23–02–2003 нормативом, с 2016 года еще на 15%, а с 2020 года суммарно на 60%. 

29.09.2023