Evolution of regulations for thermal protection of buildings

Введение

С течением времени нормативная документация в области строительной теплотехники претерпевала большое количество редакций, связанных с изменением состояния экономики страны, новыми требованиями в сфере энергосбережения и энергетической эффективности, а значит, и потребностью снижения расхода тепловой энергии на отопление зданий.

В настоящее время одной из самых важных задач в строительстве является увеличение энергетической эффективности зданий и снижение затрат на их эксплуатацию. В связи с этим значительное внимание уделяется повышению теплотехнических характеристик, а, следовательно, и увеличению уровня теплоизоляции ограждающих конструкций для того, чтобы уменьшить тепловые потери через ограждающие конструкции и тем самым снизить энергопотребление.

Изучив историю изменения нормативных требований в сфере строительной теплотехники можно определить основные тенденции развития норм по тепловой защите зданий.

Актуальность исследования состоит в необходимости повышения показателей энергетической эффективности, и, следовательно, изменения теплотехнических характеристик ограждающих конструкций, что становится возможным путем рассмотрения развития нормативных требований к тепловой защите зданий.

В настоящее время существует ряд исследований. В статье ^[15] представлено описание требований к ограждающим конструкциям с дореволюционного периода до современного российского государства, рассмотрены изменения формул и физических величин, представлены механизмы развития требований, а также предложены механизмы регулирования этих требований. В статье ^[16] проводится оценка зданий, построенных до 2000-го года, рассматриваются методы повышения энергетической эффективности, приводится технико-экономическая оценка эффективности энергосберегающих мероприятий. В статье ^[17] рассматривается возникновение нормирования строительной деятельности в России, приводится краткое описание последующих актуализаций и влияние изменений на характеристики, посчитанные для г. Москва. Рассматриваются аргументы в пользу энергосбережения, влияние климата и повышенной тепловой защиты зданий на потребление энергии и приводится экономическая эффективность. В статье ^[18] рассмотрены тенденции повышения сопротивления теплопередаче наружных ограждающих конструкций в странах Европейского Союза, а также проведен анализ требований к энергетической эффективности в России, выделены основные проблемы и предложены пути их решения.

Однако приведенные выше исследования не представляют в комплексе вопросы и проблемы исторической ретроспективы развития норм и требований, рассмотрение которых позволило бы представить тенденцию качественного поступательного развития рассматриваемых документов. Ретроспективная периодизация, в свою очередь, может позволить прогнозировать процессы развития норм и смены нормативных документов.

Цель: выявить содержательные изменения нормативных требований в сфере тепловой защиты зданий и развития этих требований.

Задачи:

- систематизировать нормативные требования прошлых лет в области строительной теплотехники;

- выявить принципиальные характеристики изменений этих требований, выявить ретроспективную периодизацию;

- определить тенденции развития норм по тепловой защите зданий.

В настоящей работе осуществлен ретроспективный анализ норм и требований к тепловой защите зданий, актуальных в ХХ веке, путем выявления качественных изменений в содержании отечественных нормативных документов. Такими нормативными документами для настоящего исследованиями приняты действующие в определенный период времени Строительные нормы и правила (СНиПы), Своды правил (СП), Федеральные законы (ФЗ), а также Постановления Правительства.

Рис 1 – нормативные документы, характеризующие требования к тепловой защите зданий

Результат указанного анализа позволил выявить несколько исторических периодов развития норм и требований к тепловой защите зданий. Историю формирования норм по тепловой защите можно разделить на шесть этапов. Каждый этап характеризует изменения в способах определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций, одного из наиболее важных критериев развития нормативных требований по тепловой защите. Также учитывались введения новых характеристик, существенно влияющих на величину сопротивления теплопередаче.

Этап 1. Зарождение современных норм по тепловой защите зданий (середина 1950-х – конец 1960-х гг.)

Впервые раздел "Строительная теплотехника" в строительных нормах и правилах появился в 1955 году.

Согласно п. 7 § 3 СНиП II-В.3 величина сопротивления теплопередаче огражденияR0 должна быть не менее требуемогоR0тр^[1].

Данное условие не изменялось в последующих редакциях СНиП, за исключением некоторых незначительных изменений, практически не влиявших на общий результат.

На данном этапе впервые был разработан целый раздел по нормированию в строительной теплотехнике.

Этап 2. Актуализация экономической оценки тепловой защиты зданий (1970-е гг.)

27 октября 1971 года была утверждена редакция СНиП IIА.7-71 ^[2]. Нормы проектирования». Помимо некоторых не существенных изменений в данном документе появилось следующее: сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций R0 должно быть не менее сопротивления теплопередаче R0тр, требуемого из санитарно-гигиенических условий, и R0эк, определяемого экономическим расчетом. То есть, можно заметить, что в данном документе появилось требование экономического обоснования требуемого уровня теплоизоляции ограждающих конструкций ^[2].

На этом этапе появилась экономическая оценка тепловой защиты зданий, которая учитывала удельные капитальные вложения в устройство системы теплоснабжения, срок окупаемости вложений, а также стоимость 1 м3 ограждающей конструкции с теплоизолирующим слоем или без него.

Этап 3. Смена приоритетов от экономического обоснования к показателю приведенного сопротивления теплопередаче (конец 1970-х – середина 1980-х гг.)

На смену СниП IIА.7-71 пришел СниП-II-3-79 ^[3]. Формула определения требуемого значения сопротивления теплопередаче осталась такой же, условие для расчетного сопротивления не изменилось. Важным замечанием является то, что требования экономического обоснования при выборе уровня теплоизоляции уже не было. Но стоит отметить, что в данном документе появился не используемый ранее термин приведенного сопротивления теплопередаче.

Так, согласно СниП-II-3-79 значение приведенного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций зданий следовало принимать не менее требуемых значений R0тр, которое определялось только исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий ^[3].

Таким образом, на третьем этапе произошла отмена экономической оценки, наиболее важным изменением можно считать появление нового термина – приведенного сопротивления теплопередаче, который используется в расчетах в настоящее время.

До конца 1980х годов основное внимание уделялось снижению капитальных затрат при строительстве зданий и сооружений и все строительные нормы и изменения, которые они претерпевали, касались только этих моментов. Задача энергосбережения в то время не рассматривалась ввиду того, что расходы на теплоснабжение были минимальными из-за низкой стоимости топлива, и основное внимание уделялось экономии материалов, а нормативная база отвечала в основном вопросам гигиены и безопасности. Не стояло также вопроса качества и эффективности теплоизоляционных материалов, лишь вопрос выбора наиболее экономичного и доступного варианта.

Этап 4. Актуализация требований к энергосбережению (середина 1980-х – начало 2000-х гг.)

В начале 1990-х годов после распада СССР Россия перешла к рыночной экономике, энергетические ресурсы значительно подорожали, расходы на отопление зданий стали слишком велики, соответственно, требовалось более эффективное использование ресурсов и меры, направленные на энергосбережение. Таким образом, ряд изменений потерпели и строительные нормы, и в измененной редакции СниП-II-3-79* помимо требуемых значений сопротивления теплопередачеR0тр, которые определялись исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий, требовалось также учитывать значения, определяемых исходя из условий энергосбережения, которые зависели от величины градусо-суток отопительного периода^[4].

Условия первого этапа изменений должны были вступить в силу с 1 сентября 1995 года, условия второго этапа изменений - с 1 января 2000 года. Таким образом, к 2000-му году требования к сопротивлению теплопередаче ограждающих конструкций были повышены примерно в 2 раза.

На данном этапе впервые появилось условие энергосбережения, в связи с чем появилась характеристика градусо-сутки отопительного периода.

Данные изменения можно считать предпосылками к появлению тенденции наружного утепления как уже существующих зданий, так и вновь проектируемых. В практике начали использовать новые конструктивные решения, такие как стеновые конструкции с навесным вентилируемым фасадом, конструкции штукатурного утепленного фасада с тонким штукатурным слоем по слою утеплителя, трехслойные стены с облицовочным слоем из лицевого кирпича. Кроме того, стали использоваться более эффективные теплоизоляционные материалы.

Здания, построенные в 1950-1980 гг. были спроектированы и возведены по старым нормативам с использованием неэффективных устаревших теплоизоляционных материалов, теплотехнические характеристики таких строений не соответствовали новым утвержденным нормам, а затраты на отопление теперь были слишком велики.

Как раз с внедрением конструкций вентилируемого фасада и штукатурного утепленного фасада стало возможным как бы «привести» здания старой постройки новым строительным нормам, так как достижение новых показателей было невозможно без повышения показателей тепловой защиты.

Этап 5. Введение показателей энергетической эффективности и тепловой защиты (начало 2000-х – 2009 гг.)

С течением времени энергетические ресурсы росли в цене, и далее нормы теплозащиты только развивались, эффективное использование энергии стало ключевой задачей при проектировании и строительстве новых зданий. Так, в 2003 году был введен новый стандарт – СниП 23-02-2003 ^[5], взамен СниП II-3-79*.Теперь особое внимание уделялось созданию эффективной тепловой защиты, которая способствовала бы снижению энергопотребления и тем самым решала главную задачу – энергосбережения в зданиях. В сравнении с предыдущим стандартом и его изменениями, в этих нормах вводились новые показатели энергетической эффективности зданий, такие как удельный расход тепловой энергии на отопление за отопительный период с учетом воздухообмена, теплопоступлений и ориентации зданий. Также устанавливалась классификация зданий по показателям энергетической эффективности. Были введены 5 классов энергетической эффективности зданий, классы D и Е устанавливали только для зданий, возведенных до 2000 г. для того, чтобы разработать мероприятия по реконструкции этих зданий ^[5].

В данных нормах устанавливались следующие показатели тепловой защиты здания.

1. Приведенное сопротивление теплопередаче отдельных элементов ограждающих конструкций здания Rq, которое следовало принимать не менее нормируемых значений Rreq ^[5].

2. Санитарно-гигиенический, согласно которому температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции не должен был быть выше, чем величина, указанная в Таблице 5 настоящего документа ^[5].

3. Удельный расход тепловой энергии на отопление здания, который определялся путем выбора теплозащитных свойств ограждающих конструкций с учетом ориентации самого здания, объемно-планировочных решений и эффективности используемой системы отопления ^[5].

Требование к приведенному сопротивлению теплопередаче стало следующим: приведенное сопротивление теплопередаче Rq, м2·°С/Вт, следует принимать не менее нормируемых значений Rreq, м2·°С/Вт ^[5].

Rreq учитывает температуру внутреннего и наружного воздуха, разницу температур внутреннего воздуха и внутренней поверхностью конструкции, положение конструкции и теплопередачу внутренней поверхности, определяется в зависимости от градусо-суток района строительства.

Данный этап характеризуется введением показателей энергетической эффективности, и вместе с тем установились показатели тепловой защиты здания, а именно приведенное сопротивление теплопередаче отдельных элементов ограждающих конструкций, расчетный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, а также удельный расход тепловой энергии на отопление здания.

Этап 6. Установление современных требований к тепловой защите зданий, введение Федерального закона о повышении энергетической эффективности и переход к сводам правил (с 2009 г.)

Одним из ключевых документов, определяющий дальнейший вектор развития нормативных требований, стал Федеральный закон от 23 ноября 2009 г. № 261-ФЗ ^[7]. Данный закон устанавливает правовые, экономические и огранизационные основы для повышения энергетической эффективности.

После выхода Постановления Правительства РФ № 18 от 25.01.2011 г. ^[9] к показателям, характеризующим выполнение требований энергетической эффективности относится показатель удельного годового расхода энергетических ресурсов на отопление и вентиляцию для всех типов зданий, строений, сооружений ^[9].

С 1 июля 2013 года был введен в действие СП 50.13330.2012 ^[6] - актуализированная редакция СНиП 23-02-2003.

Согласно СП 50 теплозащитная оболочка здания должна отвечать следующим требованиям:

а) приведенное сопротивление теплопередаче отдельных ограждающих конструкций должно быть не меньше нормируемых значений (R0пр>R0норм)(поэлементные требования);

б) удельная теплозащитная характеристика здания должна быть не больше нормируемого значения (комплексное требование);

в) температура на внутренних поверхностях ограждающих конструкций должна быть не ниже минимально допустимых значений (санитарно-гигиеническое требование) ^[6].

С введением данного документа требования к уровню тепловой защиты зданий оказались ниже, чем в предшествующем нормативном документе. Тем не менее, здания, построенные по старым нормам, все так же не соответствуют по теплотехническим характеристикам настоящим стандартам, следовательно, их капитальный ремонт и реконструкция с целью повышения энергетической эффективности остается актуальным вопросом.

Согласно Приказу от 17 ноября 2017 года № 1550 ^[11] для вновь создаваемых зданий (в том числе многоквартирных домов), строений, сооружений удельная характеристика расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию должна будет уменьшиться на 40% с 1 января 2023 года и на 50% с 1 января 2028 года.

Однако следует заметить, что для реконструируемых зданий, а также зданий, подлежащих капитальному ремонту, с 1 июля 2018 года эта характеристика должна была уменьшиться на 20 %, и дальнейшие снижения не планируются, что, возможно, связано с тем, что нет возможности повысить данное значение экономически-целесообразными путями.

21 апреля 2018 г. вышло Постановление Правительства РФ «О внесении изменений в постановление правительства российской федерации от 31 декабря 2009 г. № 1221». Согласно этому постановлению строительство и реконструкция многоквартирных домов, общественных и административных зданий должны обеспечивать класс энергетической эффективности не ниже первых пяти наивысших классов ^[10].

На шестом этапе развития нормативных требований по тепловой защите были введен основной закон по энергетической эффективности, свод правил взамен СНиП 23-02-2003, а также были выпущены постановления правительства, обозначившие тенденции дальнейшего развития в сфере энергосбережения.

Краткая характеристика каждого из этапов приведена в таблице 1.

Таблица 1 – краткая характеристика этапов развития нормативных требований по тепловой защите зданий

Со временем нормативная база, так или иначе, должна обновляться, это обуславливается изменением состояния экономики страны, новыми требованиями в сфере охраны окружающей среды и развитием области энергосбережения и энергетической эффективности.

Выводы

В ходе исследования были найдены нормативные документы в области строительной теплотехники, которые устанавливали требования к ограждающим конструкциям в период существования СССР, а также существующие в настоящее время. К ним относятся СНиП II-В.3 ^[1], СНиП IIА.7-71 ^[2], СниП-II-3-79 ^[3] и две его последующие актуализации, СниП 23-02-2003 ^[5], СП 50.13330.2012 ^[6].

Также были найдены документы, предъявляющие требования к энергосбережению и энергетической эффективности, а именно Федеральный закон № 261-ФЗ ^[7], Постановление Правительства РФ от 25 января 2011 г. № 18 ^[9], Постановление правительства РФ от 21 апреля 2018 года № 486 ^[10], Приказ Минстроя РФ от 17 ноября 2017 года № 1550/пр ^[11].

Были систематизированы данные нормативные требования и выявлена ретроспективная периодизация. Определены шесть этапов формирования норм по тепловой защите зданий, основанных на изменениях в способах определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций. Также учитывались введения новых характеристик, существенно влияющих на величину сопротивления теплопередаче. Этапы развития норм и требований к тепловой защите: Зарождение современных норм по тепловой защите зданий (середина 1950-х – конец 1960-х гг.), Актуализация экономической оценки тепловой защиты зданий (1970-е гг.), Смена приоритетов от экономического обоснования к показателю приведенного сопротивления теплопередаче (конец 1970-х – середина 1980-х гг.), Актуализация требований к энергосбережению (середина 1980-х – начало 2000-х гг.), Введение показателей энергетической эффективности и тепловой защиты (начало 2000-х – 2009 гг.)

Определены тенденции развития норм по тепловой защите зданий. Согласно приказу Минстроя РФ от 17 ноября 2017 года № 1550/пр удельная характеристика расхода тепловой энергии отопление и вентиляцию должна уменьшиться на 40% с 1 января 2023 г. и далее на 50% с 1 января 2028 г. Можно предположить, что в дальнейшем этот процент будет возрастать. Для снижения расхода тепловой энергии требуется последующее изменение требований к тепловой защите, что поспособствует обновлению нормативной базы и актуализации существующего свода правил по тепловой защите зданий.

Заключение

В работе представлено краткое описание нормативных документов, устанавливающих требования к тепловой защите зданий и ограждающим конструкциям. Проведено исследование прошлых и существующих требований по тепловой защите зданий, в результате чего выявлены содержательные изменения нормативных требований в сфере тепловой зашиты зданий. Большая часть изменений касается определения величины приведенного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций, требуемые значения увеличились в несколько раз по сравнению с нормативами, по которым проектировались здания в ХХ веке. Кроме того в определении этого значения стала фигурировать характеристика градусо-суток отопительного периода, зависящая от климатических особенностей региона.

Наиболее существенные изменения в нормативной документации произошли с введением изменений в редакцию СниП-II-3-79, а именно введение приведенного сопротивления теплопередаче, которое определялось исходя из условий энергосбережения, что поспособствовало созданию новых конструктивных решений, направленных увеличение тепловой защиты зданий, в частности утепление ограждающих конструкций как проектируемых, так и существующих зданий.

Действующим нормативным документом по тепловой защите зданий в настоящее время является СП 50.13330.2012, однако, тенденции развития требований к энергетической эффективности предполагают последующие изменения нормативной документации.

С течением времени вводятся различные правовые документы, направленные на повышение энергетической эффективности зданий. Вопрос снижения энергопотребления остается актуальным.