В исследовании участвовал двухэтажный 12-квартирный жилой дом 1953 года постройки без технического подполья и с неотапливаемым чердаком. Размеры дома в плане 18 × 30 м, высота этажа — 2,8 м. Суммарная площадь остекления фасадов — 69,3 м2. Данное здание расположено в городе Курске. В 2016 году срок эксплуатации составил уже 63 года (это довольной большой срок). На рис. 1 представлен первоначальный вид объекта исследования.

Оценка физического износа конструкции наружного ограждения исследуемого жилого здания определялась согласно ВСН 53-86 (р) по двум методикам: оценка по техническому состоянию и оценка по сроку службы. Физический износ четырёхслойной стены толщиной 25 см с утеплителем из минераловатных матов в доме со сроком эксплуатации 63 лет выбирается исходя из наибольшего значения.

1. При осмотре объекта выявлены следующие дефекты — отслоение и отпадение штукатурки стен, карнизов, перемычек, выветривание швов, ослабление кирпичной кладки, увлажнение поверхности стен (30 %) с глубиной разрушения швов до 2 см, включая на площади до 30 % и шириной трещин более 2 мм. Получены результаты: 20 % кирпичных стен с штукатуркой имеет износ 50 %, а 80 % имеет износ 35 %. Суммарный физический износ конструкции составляет 38 %.

2. Стена состоит из наружного и внутреннего слоёв штукатурки, кирпичного слоя и утеплителя. Срок службы кирпичной кладки принимаем 100 лет, тогда при сроке эксплуатации 63 года получен физический износ железобетонных слоёв 43 %. Срок службы утеплителя из минераловатных плит принимаем 80 лет. Физический износ составит 40 %. Общий физический износ конструкции составляет 44 %. Принимается физический износ по большему значению — 44 %.

Моральный и физический износ одной из основных несущих конструкций данного жилого дома, а также выявленные низкие теплотехнические показатели являются причиной проведения дополнительных энергосберегающих мероприятий, то есть изменения типа светопрозрачных конструкций и применения дополнительного слоя утепления.

Естественно, в различные периоды времени были как свои требования к тепловой защите здания, так и различные климатические данные. В работе [1] указан пример для здания канализационной насосной станции и корпуса жилого дома. В ней показано, как может измениться энергопотребление здания, если применять существующие климатические нормы к зданиям длительного срока эксплуатации. Для Курска тоже были проанализированы климатические характеристики региона (табл. 1, 2 и рис. 2).

Методика расчётов климатических характеристик представлена в Справочнике по климату СССР любого издания.

Из рис. 2 и табл. 1 видно, что заметное изменение принятой средней температуры в СП 131.13330.2012 происходит в апреле. Такое изменение может быть из-за недостатка данных с местных метестанций.

После распада СССР их число по определённым причинам (недостаток финансирования) начало снижаться. По тем же причинам в «долгий ящик» было отправлено решение по актуализации справочника по климату. Но в начале XXI века, после стабилизации экономической и политической обстановки, ситуация изменилась. Новый справочник при финансировании Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды был выпущен Всероссийским научно-исследовательским институтом гидрометеорологической информации. Сейчас он имеет название «Климат России». С метеорологическими станциями ситуация обстоит гораздо хуже. Их стоимость варьируется в районе 150–300 тыс. руб. на одну станцию. Вследствие высокой стоимости для местных органов власти их приобретение становиться невозможным. По некоторым экспертным данным, количество работающих метеостанций за период с 1991 по 2010 годы сократилось вдвое.

В качестве остеклённых ограждающих конструкций здание имеет двойные окна в раздельно-спаренных переплётах из обычного стекла. В качестве энергоэффективного остекления приняты двухкамерные стеклопакеты с двумя стёклами, низкоэмиссионным мягким покрытием и заполнением аргоном. Приведённые сопротивления окон определялось по Приложению К СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий».

Расчёт тепловых потерь проводились по этому же СП, а также по [2, 3]. Результаты сведены в табл. 3.

Конструкция наружной ограждающей конструкции представлена в табл. 4 (до энергосберегающих мероприятий), а также в табл. 5 (после мероприятий) — после добавления дополнительных слоёв полистирола и сложного раствора. Для наглядности внешний вид рассматриваемого здания до применения мер по энергосбережению представлен на рис. 1, а после применения данных мер — на рис. 4.

Вторым из главных расчётов (по важности) при конструировании ограждающих конструкций является её проверка на возникновение зон переувлажнения. После принятых энергосберегающих мероприятий зачастую возникают проблемы с увеличением данной зоны. Сам расчёт производится по аналогии с расчётами тепловых потерь здания [2, 3]. Результатом переувлажнения ограждающей конструкции является снижение прочности и её полное разрушение. Авторы считают, что при применении дополнительного утепления обязательно нужно проводить повторную проверку ограждения на возникновение зон переувлажнения. На рис. 3 представлена данная проверка на рассматриваемом объекте.

В определении зоны возможной конденсации влаги в наружной стене использовался метод К. Ф. Фокина. По табл. 7 и рис. 3 определяем — в сечении между слоями 6 (7), 7 (8) парциальное давление водяных паров превысило максимально возможную величину для соответствующей температуры (давление насыщения), что свидетельствует о возможности конденсации водяных паров в толще ограждения. Это также будет целесообразным мероприятием, поскольку теплотехнические свойства явно имеют меньшую эффективность, а физическое состояние наружного ограждения характеризуется выраженной степенью износа. На основе полученных данных встаёт вопрос о необходимости использования дополнительного слоя пароизоляции с внутренней стороны наружной стены. По табл. 6 и рис. 3 можно понять, что в исходной конструкции нет данной зоны.

Авторы считают, что такую проверку следует включить в перечень обязательных расчётов после применения дополнительного утепления ограждающих конструкций здания. В противном случае можно получить разрушенные дома, а не энергосбережение. На нашем объекте данная проверка позволила предотвратить очень серьёзные негативные последствия и, возможно, даже спасла человеческие жизни. К сожалению, на сегодняшний момент проектировщики редко проводят такой дополнительный расчёт.

На рис. 4 представлен жилой дом после энергосберегающих мероприятий, приведённых в данной работе. Также при реконструкции были отреставрированы системы естественной вентиляции, система водоотведения ливневых осадков. На чердаке снижены дополнительные инфильтрационные поступления воздуха за счёт переустановки оконных блоков.

Расчёт и сравнение энергопотребления здания после принятых энергосберегающих мероприятий определены по единственной официальной методике расчёта потребления энергии здания. Она представлена в СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий», а также в [4, 5].

Большие споры идут в отношении отапливаемого объёма: какой именно объём принимать — внутренний или наружный? В данной работе использован внутренний, как в СП 50.13330.2012, хотя это и неправильно [6]. Результаты по расчёту расходов тепловой энергии представлены в табл. 8.

Выводы

Основное: физический износ исследуемого жилого дома, при периоде непрерывной эксплуатации 63 года, равен 44 %. По результатам проведения аналитических расчётов для первоначального варианта, будучи запроектированным по СНиП 23-01–99 «Строительная климатология», и для второго варианта, согласно изменениям нормативной базы (актуализации первого), по СП 131.13330.2012 «Строительная климатология», установлено следующее.

1. При создании наружного утепления плитами из пенополистирола сопротивление теплопередаче наружной стены увеличится на 43,7 %, коэффициент теплопередаче уменьшится в 1,4 раза, общее сопротивление паропроницанию наружной стены увеличится в 2,1 раза.

2. Комплексное условие к теплозащитной оболочке здания улучшится, так как коэффициент компактности здания при выбранных энергосберегающих мероприятиях увеличится на 35,7 %, общий коэффициент теплопередачи снизится на 29,1 %, что существенно повлияет на итоговые тепловые потери здания.

3. При выбранном способе наружного утеплении встаёт вопрос о создании дополнительного слоя пароизоляции — во избежание выпадения конденсата между внутренним слоем из пенополистирола и наружной поверхности слоя из цементно-песчаного раствора (исходного).

4. При замене заполнения светового проёма на более энергоэффективное сопротивление теплопередаче окна увеличится на 150 %, коэффициент теплопередаче уменьшится в 2,5 раза.

5. Суммарные тепловые потери жилого дома через наружные ограждения (стены, окна, двери) могут быть снижены на 68,3 %, а удельная отопительная характеристика — на 89,1 %. Суммарное снижение теоретических энергозатрат, с учётом принимаемых энергосберегающих мероприятий, составляет 42 %.