СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»

Новый нормативный документ

СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» по своему содержанию полностью соответствует СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника», но имеет ряд принципиальных новых дополнений. Оправдано ли изменение названия документа, который существовал полвека? Есть ряд «за», есть много «против».

Очевидно, что новое название больше соответствует назначению документа, принятой мировой терминологии и больше отражает требования времени по энергосбережению. Но, с другой стороны, в нем содержится ряд положений, которые выходят за область теплозащиты зданий, например, влажностный режим ограждающих конструкций, воздухопроницаемость, теплоустойчивость, теплоусвоение. Наверное, эти положения были причиной того, что разработчики первого нормативного документа дали ему имя, которое он носил полвека.

Требования по повышению тепловой эффективности зданий, которые являются основным конечным потребителем энергии, становятся одними из важных составляющих законодательства в большинстве стран мира. Эти требования рассматриваются, прежде всего, с точки зрения безопасности нации, охраны окружающей среды — как средства обеспечения рационального использования невозобновляемых природных энергетических ресурсов и сокращения выделений двуокиси углерода и вредных веществ в атмосферу, снабжения продовольствием народонаселения страны.

Утвержденные строительные нормы и правила развивают требования к тепловой защите зданий в целях снижения потребности энергии на поддержание оптимальных параметров микроклимата в помещениях. Эти требования гармонизированы с требованиями аналогичных зарубежных норм для развитых стран.

В новом документе сохранилось противоречие предыдущих СНиП, что окна с рекомендованной воздухопроницаемостью в зданиях с естественной вентиляцией не обеспечивают необходимый санитарно-гигиенический воздухообмен. Действительно, рассмотрим следующие простые вычисления.

Основной принцип естественной вентиляции многоэтажных жилых зданий — воздух в квартиры поступает через неплотности оконных заполнений. Однако из-за возрастания городского шума и запыленности наружного воздуха стремились понизить воздухопроницаемость окон. Требования к воздухопроницаемости окон на уровне 1-го этажа жилого дома в разные годы изменялись следующим образом:

• 1971 г. — G_н = 18 кг/(м²•ч);
• 1979 г. — G_н = 10 кг/(м²•ч);
• 1998—2003 гг. — G_н = 5—6 кг/(м²•ч).

Рассмотрим двухкомнатную квартиру общей площадью F_общ=75м², площадью жилых комнат F_жил=40м², объемом V=200м³, количество проживающих жителей N=3 чел., количество окон — 3 шт., общая площадь окон SF_ок=8м².

Расчет воздухообмена по притоку дает следующие результаты:

• L_{(по кратности)} = V•0,35 = 200•0,35 = 70 м³/ч;
• L_{(по нормативу)} = 30•N = 30•3 = 90 м³/ч.

Расчет воздухообмена по вытяжке дает следующие результаты:

• L_{(по вытяжке)} = L_кухни + L_ванной + L_{туалета} = 60 + 25 + 25 = 110 м³/ч.

Следовательно, требуемый воздухообмен составляет L = 110 м³/ч, и тогда через 1 м² окна должно поступать:

G = 110 / 8 = 14 кг/(м²•ч).

Таким образом, нормы 1971 года (нормируемая воздухопроницаемость G_н = 18 кг/[м²•ч]) позволяли обеспечить требуемый воздухообмен, а нормы 1979 года и последующих лет не позволяют этого.

Какой же выход из сложившейся ситуации?

Выход только один: использовать окна с приточными клапанами, устраивать приточные отверстия в стенах или устраивать систему механической приточной вентиляции. Указанное обстоятельство должно найти отражение в СНиП «Отопление, вентиляция и кондиционирование».

СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» содержит новые показатели энергетической эффективности зданий — удельную потребность в тепловой энергии на отопление за отопительный период.

В 70-е годы прошлого века были разработаны и включены в нормативные документы удельные тепловые характеристики для жилых зданий. Эти характеристики включали в себя потери тепла через наружные ограждающие конструкции за счет теплопередачи и потери тепла за счет нагрева инфильтрующегося наружного воздуха, определенные в расчетных условиях, отнесенные к 1 м² отапливаемой площади здания. Введение в нормативные документы такой характеристики для жилых зданий было обусловлено требованиями политики энергосбережения и было направлено на повышение теплозащитных показателей наружных ограждающих конструкций.

Но основная задача энергосбережения — это сокращение затрат топлива на отопление и вентиляцию здания при обеспечении комфортных условий в отапливаемых помещениях. А это достигается не только за счет утепления здания, но и за счет применения оптимальных объемно-планировочных решений (как известно, ширококорпусные здания меньше теряют тепла), рациональной ориентации здания по сторонам света, эффективной системы автоматического регулирования подачи тепла на отопление и решений, уменьшающих расход тепла на нагрев вентиляционного воздуха.

Стимулировать применение всех этих решений позволяет переход на нормирование удельной потребности в тепловой энергии на отопление здания за отопительный период. При этом более точно требуется определять инфильтрационную составляющую теплопотерь, теплопоступления в здание от солнечной радиации и с внутренними тепловыделениями. В представленном материале делается попытка повысить уровень этих вычислений.

Краеугольный вопрос — минимизация потребности тепловой энергии на нагрев вентиляционного воздуха. В жилом здании эта задача сравнительно легко решается из-за того, что при современных герметичных окнах в зданиях до 25 этажей величина нормируемого воздухообмена для обеспечения комфортной воздушной среды в квартире даже на уровне 1-го этажа превышает объем инфильтрующегося воздуха через неплотности наружных ограждений в расчетных условиях. Соответственно, в условиях отличных от расчетных и на других этажах при естественной вытяжной вентиляции объем инфильтрующегося воздуха будет еще ниже, поэтому в качестве расчетной величины воздухообмена во всех квартирах здания принимается нормируемый вентиляционный воздухообмен независимо от погодных условий, и переменной будет инфильтрация через ограждения лестничной клетки, лифтовых холлов и входных вестибюлей.

Для общественных зданий трудность связана с тем, что в зависимости от их технологического назначения существенно различается величина воздухообмена. В нерабочее время количество инфильтрующегося воздуха через окна, витражи и входные наружные двери будет обусловлено действием гравитационного и ветрового напоров, причем следует учитывать еще разные величины этих напоров с наветренной и заветренной стороны и величину условно-постоянного давления в здании.

Имея желание все-таки ввести в нормативный документ удельную тепловую характеристику для общественных зданий, с целью оценки их теплозащитных показателей, авторы предложили: задать в зависимости от назначения здания минимальную, условную (поскольку на все здание, а не на отдельные его помещения) норму воздухообмена на 1 м² расчетной площади в рабочее время, используя рекомендации стандарта НП «АВОК» «Здания жилые и общественные. Нормы воздухообмена» (2002) и соответствующих справочников. Например, 4 м³/(ч•м²) — для помещений офисов, объектов сервисного обслуживания, 5 м³/(ч•м²) — для учреждений здравоохранения и образования и 6 м³/(ч•м²) — для спортивно-зрелищных и детских дошкольных учреждений. Здесь принят принцип нормирования не по кратности объему здания, а по отнесению воздухообмена к площади, которая более правильно определяет рабочую зону, где располагаются люди. В нерабочее время допускается принимать количество инфильтрующегося воздуха в объеме полукратного воздухообмена и затем складывать его с объемом приточного воздуха в рабочее время с учетом количества рабочих часов в течение недели (уточнение объема инфильтрации в общественных зданиях в нерабочее время задача СНиП «Отопление и вентиляция»).

Следует иметь в виду, что определенная таким образом удельная потребность в тепловой энергии на отопление является условной величиной, не отражает истинных значений и введена в нормы только с целью оценки теплозащиты здания. Если при таком воздухообмене удельное теплопотребление здания будет в пределах тех нормативов, которые впервые приводятся в СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита здания» для общественных зданий в зависимости от их назначения, — теплозащита здания выбрана правильно. Если нет — следует усиливать теплозащиту. Практика может откорректировать нормируемые значения, но в любом случае у проектировщика есть выход — СНиП позволяет при желании остановиться на предписывающем подходе — соответствии требуемому приведенному сопротивлению теплопередаче каждого отдельного элемента ограждающей конструкции здания.

Безусловно, изложенный выше прием не является бесспорным, но, с другой стороны, он открывает путь к нормированию потребления тепловой энергии на вентиляцию общественных зданий. Более логичным было бы нормирование удельной потребности в тепловой энергии на отопление здания за отопительный период при значении воздухообмена, равном нулю. Не секрет, что есть проекты, где расход тепла на вентиляцию превышает в несколько раз расход тепла на отопление, что не всегда оправдано. Чтобы снизить его, можно применять более эффективные системы вентиляции методом вытеснения, специального душирования, с переменным расходом приточного воздуха, следует чаще применять энергоэкономичные решения утилизации тепла вытяжного воздуха или тепловых выбросов для нагрева приточного воздуха, использовать тепловые насосы и др., но нередко заказчик говорит при этом «нет», это усложняет эксплуатацию, и пусть расход тепла будет больше, но жизнь проще.

Конечно, это не государственный, а сиюминутный подход, и его можно ограничить нормируя потребление тепла на вентиляцию. Это выполняется следующим образом: после того как проверена теплозащита общественного здания, вместо заданного воздухообмена подставляется проектное значение расхода приточного воздуха и вновь определяется удельное потребление тепловой энергии на отопление и вентиляцию.

Если при этом полученная величина более чем на 10—15 % превышает нормируемую, вывод один — необходимо снижать энергопотребление на вентиляцию, но это уже прерогатива СНиП «Отопление, вентиляция и кондиционирование». Такие же ограничения надо разработать на потребление электроэнергии, требуемой для охлаждения кондиционируемого воздуха, — жарким летом 2002 года в Москве впервые летний максимум энергопотребления превысил зимний.

Ю. А. Табунщиков, профессор, доктор техн. наук;

В. И. Ливчак, канд. техн. Наук