В работе представлен экскурс в историю эволюции нормативных требований к ограждающим конструкциям в России. На основании данного исторического экскурса, а также обзора последних публикаций автором предложено нормативное требование к ограждающим конструкциям, основанное на необходимости выполнения санитарно-гигиенических условий и позволяющее корректировать базовое значение требуемого сопротивления теплопередаче с учетом региональных, климатических и экономических условий района строительства.
УДК 699.86
А.С. ГОРШКОВ, канд. техн. наук, директор учебно-научного центра «Мониторинг и реабилитация природных систем» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого
Ключевые слова: ограждающие конструкции, теплоизоляция, сопротивление теплопередаче, тепловая защита, строительные нормы и правила, своды правил, энергосбережение, энергетическая эффективность
Keywords: building components, insulation, thermal resistance, thermal protection, building codes, energy saving, energy performance
СНиП 23-02-2003
С 1 октября 2003 на смену переработанной редакции СНиП II-3-79 (СНиП II-3-79*) постановлением Госстроя России от 26.06.2003 № 113 был введен в действие СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». Этот документ, по сути, закрепил все нововведения, которые были отражены в СНиП II-3-79*, но добавил к ним и дополнительные требования.
Так, согласно требованиям п. 5.1 СНиП 23-02 нормами были установлены три показателя тепловой защиты здания: а) приведенное сопротивление теплопередаче отдельных элементов ограждающих конструкций здания; б) санитарно-гигиенический, включающий температурный перепад между температурами внутреннего воздуха и на поверхности ограждающих конструкций и температуру на внутренней поверхности выше температуры точки росы; в) удельный расход тепловой энергии на отопление здания, позволяющий варьировать величинами теплозащитных свойств различных видов ограждающих конструкций зданий с учетом объемно-планировочных решений и систем поддержания микроклимата для достижения нормируемого значения этого показателя. При этом требования тепловой защиты считались выполненными, если в жилых и общественных зданиях при проектировании будут соблюдены требования показателей «а» и «б» либо «б» и «в». В зданиях производственного назначения необходимо было соблюдать только требования показателей «а» и «б».
Согласно первому требованию норм (показатель «а») приведенное сопротивление теплопередаче R0 ограждающих конструкций, а также окон и фонарей (с вертикальным остеклением или с углом наклона более 45°) следовало принимать не менее нормируемых значений Rreq, определяемых по таблице 4 СНиП 23-02-2003 в зависимости от градусо-суток района строительства, которые в отличие от предыдущей редакции стандарта стали обозначаться новым символом – Dd. Данную формулировку нормативных требований можно представить в следующем виде:
R0≥Rreq (1)
Численные значения Rreq соответствовали нормам табл. 1б СНиП II-3-79* и таким образом узаконивали их для проектирования ограждающих конструкций при выборе требуемого уровня их теплоизоляции.
Для производственных зданий с избытками явной теплоты более 23 Вт/м и зданий, предназначенных для сезонной эксплуатации, а также зданий с расчетной температурой внутреннего воздуха 12°С и ниже приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций (за исключением светопрозрачных) следовало принимать не менее значений, определяемых по формуле (6) за исключением того небольшого изменения, согласно которому все подстрочные и надстрочные индексы стали обозначаться латинскими буквами (вместо индекса «в» появился индекс «int», вместо «н» – «ext» и т.д.).
Согласно второму требованию норм (показатель «б») расчетный температурный перепад Δt0 между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции не должен превышать нормируемых величин Δtn:
Δt0≤Δtn (2)
Расчетный температурный перепад следовало рассчитывать по формуле:
, (3)
где tint – расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, которую следовало принимать для расчета ограждающих конструкций:
— для группы зданий по поз. 1 таблицы 4 – по минимальным значениям оптимальной температуры соответствующих зданий по ГОСТ 30494 (в интервале 20-22°С);
— для группы зданий по поз. 2 таблицы 4 – согласно классификации помещений и минимальных значений оптимальной температуры по ГОСТ 30494 (в интервале 16-21°С),
— для зданий по поз. 3 таблицы 4 – по нормам проектирования соответствующих зданий;
text – расчетная температура наружного воздуха в холодный период года для всех зданий, кроме производственных, предназначенных для сезонной эксплуатации, принимаемая равной средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92;
n – то же, что и в формуле 
;
αint – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций;
R0 – приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций.
Нормируемые величины температурного перепада Δtn были представлены в таблице 5 СНиП 23-02-2003.
Согласно третьему требованию норм (показатель «в») удельный – на 1 м2 отапливаемой площади пола квартир (или полезной площади помещений) или на 1 м3 отапливаемого объема – расход тепловой энергии на отопление здания 
, определяемый по приложению Г СНиП 23-02-2003, должен быть меньше или равен нормируемому значению 
, и определяется путем выбора теплозащитных свойств ограждающих конструкций здания, объемно-планировочных решений, ориентации здания и типа, эффективности и метода регулирования используемой системы отопления до удовлетворения условию:
. (4)
Здесь следует сделать важное примечание.
Согласно требованиям п. 5.13 СНиП 23-02-2003, если в результате расчета удельный расход тепловой энергии на отопление здания окажется меньше нормируемого значения 
, то допускается уменьшение сопротивления теплопередаче R0 отдельных элементов ограждающих конструкций (светопрозрачных согласно примечанию 4 к таблице 4) по сравнению с нормируемым по таблице 4, но не ниже минимальных величин Rmin:
— для стен групп зданий, указанных в поз. 1 и 2 таблицы 4, по формуле:
Rmin=Rreq·0,63, (5)
— для остальных ограждающих конструкций по формуле:
Rmin=Rreq·0,8, (6)
т.е. допускалось некоторое снижение (до 37% и 20%, соответственно) нормативных требований по показателю «а» требований тепловой защиты.
Таким образом, был реализован так называемый «потребительский подход» при проектировании тепловой защиты зданий, когда проектировщику был предоставлен выбор правил проектирования в формате «либо – либо»: он мог либо принять базовые значения нормативных требований к уровню тепловой защиты ограждающих конструкций по таблице 4 СНиП и затем проверить их на удовлетворение условию (2), либо принять нормируемые значения в качестве базовых, произвести расчет удельного расхода тепловой энергии на отопление здания и в случае выполнения условия (4) принять ограждающие конструкции с более низкими значениями приведенного сопротивления теплопередаче, но не меньше минимально-допустимых значений (Rmin), проверить конструкции на выполнение условия (2) и произвести повторную проверку выполнения условия (4). Если все у него сходилось, то проект можно было смело сдавать в экспертизу.
Приведенное сопротивление теплопередаче R0 для наружных стен следовало рассчитывать для фасада здания либо для одного промежуточного этажа с учетом откосов проемов без учета их заполнений. Приведенное сопротивление теплопередаче светопрозрачных конструкций (окон, балконных дверей, фонарей) следовало принимать на основании сертификационных испытаний; при отсутствии таковых следовало принимать значения по своду правил.
Свод правил по проектированию тепловой защиты зданий СП 23-101-2004 был утвержден и введен в действие только с 1 июня 2004 года. В СНиП 23-02-2003 отсутствовали формулы для расчета приведенного сопротивления теплопередаче. По этой причине проектировщики продолжали пользоваться методиками расчета, изложенными в СНиП II-3-79*. В СП 23-101-2004 методике проектирования тепловой защиты зданий посвящен целый раздел (раздел 9), в котором отдельно описывалась методика расчета несветопрозрачных ограждающих конструкций, ограждающих конструкций теплых чердаков и технических подвалов, светопрозрачных ограждающих конструкций, а также ограждающих конструкций остекленных лоджий и балконов. В рамках данной статьи не будут более рассматриваться расчетные формулы из СП 23-101-2004, т.к. большинство специалистов хорошо с ними знакомы. Отметим лишь, что несколько приложений данного свода правил было посвящено примерам расчета приведенного сопротивления теплопередаче: фасада жилого здания (Приложение К), окон, балконных дверей и фонарей (Приложение Л с табличными значениями), ограждающих конструкций на основе расчета температурных полей (Приложение М), коэффициента теплотехнической однородности ограждающих конструкций по табличным значениям (Приложение Н), неоднородных участков трехслойных панелей из листовых материалов (Приложение П). Однако то ли ввиду сложности представленных методов расчета, то ли ввиду недостаточной их проработки, но при проектировании ограждающих конструкций сложилась следующая практика: проектировщик рассчитывал сначала так называемое условное сопротивление теплопередаче по классическим, известным ему с институтской скамьи формулам типа 
, затем умножал полученное значение условного сопротивления теплопередаче на коэффициент теплотехнической однородности r (при этом в основном применял его только при расчете наружных стен зданий) и, получив таким образом приведенное сопротивление теплопередаче, сравнивал его с нормируемым значением Rreq из таблицы 4 СНиП 23-02-2003 – и в случае выполнения условия (1) считал свою работу выполненной.
В СНиП 23-02-2003 впервые появился раздел, посвященный методике расчета удельного расхода тепловой энергии на отопление жилых и общественных зданий за отопительный период, основанный на составлении уравнений баланса тепловой энергии в рассматриваемом здании. Также впервые появились разделы, посвященные контролю нормируемых показателей и методике заполнения энергетического паспорта.
Исходя из этих нововведений, по всей видимости, документ поменял свое название. Вместо устоявшегося словосочетания «Строительная теплотехника» в его заглавии стало фигурировать новое название: «Тепловая защита зданий». Это название стало обозначать стандарт не только на русском языке, но и на английском: «Thermal performance of the building».
Следует добавить, что только в конце 2009 года в России был утвержден федеральный закон № 261 «Об энергосбережении…». Согласно требованиям данного закона, указа президента РФ от 4 июня 2008 года № 889, а также постановления правительства РФ от 25 января 2011 года № 18 в целях снижения к 2020 году энергоемкости ВВП РФ не менее чем на 40% по сравнению с 2007 годом, должны быть установлены базовые требования энергетической эффективности зданий, после утверждения которых требования энергетической эффективности должны предусматривать уменьшение показателей, характеризующих годовую удельную величину расхода энергетических ресурсов в здании, не реже 1 раза в 5 лет:
— с 1 января 2011 г. (на период 2011-2015 годов) – не менее чем на 15% по отношению к базовому уровню;
— с 1 января 2016 г. (на период 2016-2020 годов) – не менее чем на 30% по отношению к базовому уровню;
— с 1 января 2020 г. – не менее чем на 40% по отношению к базовому уровню.
Размерность сопротивлений теплопередаче и термического сопротивления по сравнению с предыдущей редакцией СНиП (т.е. СНиП II-3-79*) осталась без изменений, – м2·°С/Вт.
СП 50.13330.2012
Появлению этого стандарта способствовало утверждение двух федеральных законов: от 27 декабря 2002 года № 184-ФЗ «О техническом регулировании» и от 30 декабря 2009 года № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».
В ФЗ «О техническом регулировании» не нашлось места традиционным строительным нормам и правилам (сокращенно СНиП). Долгое время это обстоятельство создавало неопределенность в области проектирования. Стали появляться различного рода стандарты организаций (сокращенно – СТО), территориальные строительные нормы (ТСН, МГСН) и прочие документы, замещающие или дополняющие частично или полностью требования традиционных нормативных документов (СНиП, ГОСТ). В данной работе автор не будет подробно акцентировать внимание на этом этапе существования нормативных требований.
Согласно требованиям статьи 6 ФЗ № 384-ФЗ правительство должно утвердить перечень национальных стандартов и сводов правил (частей таких стандартов и сводов правил), в результате применения которых на обязательной основе обеспечивается соблюдение требований настоящего федерального закона.
Все участники строительного рынка ожидали появления такого постановления. И в 2010 году было утверждено распоряжение правительства РФ от 21 июня 2010 года № 1047-р, согласно которому был утвержден перечень национальных стандартов и сводов правил, в результате применения которых на обязательной основе обеспечивается соблюдение требований ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», и в этот перечень вошел упомянутый ранее СНиП 23-02-2003 (более конкретизировано – разделы 4-12, Приложения В, Г, Д).
Далее была проведена работа по актуализации национальных стандартов и сводов правил, вошедших в перечень распоряжения правительства от 21 июня 2010 года № 1047-р, и после ее завершения в конце 2014 года вышло постановление правительства от 26 декабря 2014 года № 1521. Тогда был утвержден новый перечень национальных стандартов и сводов правил, на обязательной основе которых обеспечивается соблюдение требований ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений». В новый перечень под номером 35 включен СП 50.13330.2012 «СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» (раздел 1, пункты 4.3 и 4.4 раздела 4, пункты 5.1, 5.2, 5.4-5.7 раздела 5, пункт 6.8 раздела 6, пункт 7.3 раздела 7, подпункты «а» и «б» пункта 8.1 раздела 8, пункт 9.1 раздела 9 и Приложение Г). Все остальные разделы Приложения данного свода правил, таким образом, имеют статус добровольного применения. Прилагаемый в постановлении правительства РФ от 26 декабря 2014 года № 1521 перечень национальных стандартов и сводов правил вступил в силу с 1 июля 2015 года и с этой даты распоряжение правительства от 21 июня 2010 года № 1047-р признано утратившим силу.
Согласно требованиям п. 5.1 СП 50.13330.2012 теплозащитная оболочка здания должна отвечать следующим требованиям:
а) приведенные сопротивления теплопередаче отдельных ограждающих конструкций должны быть не меньше нормируемых значений (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).
При этом требования тепловой защиты здания считаются выполненными при одновременном выполнении требований а), б) и в).
Таким образом, вводятся три обязательных требования, при этом второе из них («б») является совершенно новым в практике проектирования тепловой защиты.
Требования «а» (поэлементные требования) аналитически можно выразить в виде следующего условия:
. (7)
При этом нормируемое значение приведенного сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции следует определять по формуле:
, (8)
где 
– базовое значение требуемого сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции, которое следует принимать в зависимости от градусо-суток отопительного периода (ГСОП) региона строительства и определять по таблице 3 СП 50.13330.2012; mp – коэффициент, учитывающий особенности региона строительства.
В расчете по формуле (8) mp принимается равным 1. При этом допускается снижение значения коэффициента mp в случае, если при расчете удельной характеристики расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания по методике Приложения Г выполняются требования п. 10.1 к данной удельной характеристике. Значения коэффициента mp при этом должны быть не менее 0,63 – для стен, 0,95 – для светопрозрачных конструкций, 0,8 – для остальных ограждающих конструкций.
По сути, с введением коэффициента mp копируется принцип нормирования, заложенный в СНиП 23-02-2003 – см. формулы (5) и (6).
Далее в таблице 3 приводятся базовые значения требуемого сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций, и таблица эта снова полностью копирует требования СНиП 23-02-2003, отраженные в таблице 4 этого стандарта.
Несмотря на практически полную идентичность таблицы 4 СНиП 23-02-2003 и таблицы 3 СП 50.13330.2012, нормируемые требования к уровню тепловой защиты в СП 50.13330.2012 оказались ниже аналогичных требований СНиП 23-02-2003.
Дело в том, что вместе с актуализацией стандарта по тепловой защите (СНиП 23-02-2003) был актуализирован и стандарт по строительной климатологии (СНиП 23-01-99*). В СНиП 23-02-2003 при определении климатических параметров отопительного периода последние принимаются по СНиП 23-01-99*, в СП 50.13330.2012 – по СП 131.13330.2012.
И тут оказывается, что согласно актуализированной редакции стандарта по строительной климатологии (СП 131.13330.2012) в Москве резко «потеплело», а продолжительность отопительного периода сократилась. Так, в СНиП 23-01-99* средняя температура наружного воздуха за отопительный период для жилых зданий принималась равной -3,1°С, а в СП 131.13330.2012 стала -2,2°С. Аналогично продолжительность отопительного периода согласно СНиП 23-01-99* принималась равной 214 суткам, в СП 131.13330.2012 стала равной 205 суткам. Неизменной в формуле расчета градусо-суток отопительного периода осталась лишь принимаемая для жилых зданий температура внутреннего воздуха, которая согласно ГОСТ 30494 как была, так и осталась равной плюс 20°С.
В результате изменений расчетных климатических параметров изменилось расчетное значение ГСОП для жилых зданий, проектируемых в Москве, которое до введения СП 50.13330.2012 принималось равным 4943°С∙сут, а с введением актуализированной редакции с 1 июня 2015 года будет приниматься равным 4551°С∙сут.
Ввиду изменения ГСОП изменились нормативные требования к уровню нормируемого сопротивления теплопередаче. В табл. 1, в частности, показаны требуемые значения приведенного сопротивления теплопередаче согласно редакции стандарта по тепловой защите 2003 года (СНиП 23-02) и 2012 года (СП 50.13330) применительно для старых и новых климатических условий города Москвы [1].
Таблица 1. Требуемые значения приведенного сопротивления теплопередаче согласно стандартам СНиП 23-02-2003 и СП 50.13330.2012
| Тип наружной ограждающей конструкции |
Требуемые значения приведенного сопротивления теплопередаче  , м2·°С/Вт, рассчитанные по стандартам:
|
|
СНиП 23-02*  , м2·°С/Вт
|
СП 50.13330**  , м2·°С/Вт
|
|
| Наружные стены | 3,13 | 2,99 |
| Окна и балконные двери | 0,52 | 0,49 |
| Входные наружные двери | 0,83 | 0,78 |
| Совмещенное покрытие | 4,67 | 4,48 |
| Перекрытия над проездами и под эркерами | 4,67 | 4,48 |
| Перекрытие над неотапливаемым подвалом (подпольем) | 4,12 | 3,95 |
Примечания: * Требуемые значения сопротивлений теплопередаче в СНиП 23-02 рассчитаны по ГСОП согласно СНиП 23-01-99*. **Требуемые значения сопротивлений теплопередаче в СП 50.13330 приняты по ГСОП согласно СП 131.13330
После утверждения требований федерального законодательства в области энергосбережения от актуализированной редакции стандарта по тепловой защите логично было ожидать появления каких-то регулирующих механизмов их реализации. В частности, пункта 15 постановления правительства РФ от 25 января 2011 года № 18, согласно которому должны быть предусмотрены механизмы для поэтапного уменьшения базовых показателей энергопотребления зданий. Специалистами выдвигались конкретные предложения для реализации данного механизма в рамках разрабатываемого свода правил. В частности, здесь следует отметить работы [2, 3.] Однако все предложения были проигнорированы.
Тем не менее, как следует из данных, представленных в табл. 1, нормативные требования к уровню тепловой защиты хоть и незначительно, но оказались ниже требований стандартов 2003 года (т.е. СНиП 23-02-2003) и даже 1995 года (табл. 1б СНиП II-3-79*).
В этой связи очень сложно понять логику разработчиков актуализированной редакции свода правил по тепловой защите. Безусловно, одним лишь утеплением наружных ограждающих конструкций невозможно решить все проблемы, связанные с избыточным энергопотреблением зданий. Но какие-то шаги в этом направлении были ожидаемыми.
Требование «б» (т.е. комплексное требование) п. 5.1 СП 50.13330.2012 аналитически можно выразить в виде следующего условия:
, (9)
где koб – удельная теплозащитная характеристика здания, методика расчета которой представлена в Приложении Ж СП 50.13330.2012; 
– нормируемое значение удельной теплозащитной характеристики здания, которое следует принимать в зависимости от отапливаемого объема здания и градусо-суток отопительного периода района строительства по таблице 7 СП 50.13330.2012 с учетом примечаний.
Пример расчета удельной теплозащитной оболочки koб представлен в Приложении П СП 50.13330.2012.
И наконец, согласно требованиям «в» (санитарно-гигиеническое требование) п. 5.1 СП 50.13330.2012 температура внутренней поверхности ограждающей конструкции (за исключением вертикальных светопрозрачных конструкций, т.е. с углом наклона к горизонту 45° и более) в зоне теплопроводных включений, в углах и оконных откосах, а также зенитных фонарей должна быть не ниже точки росы внутреннего воздуха при расчетной температуре наружного воздуха th, принимаемой в соответствии с пояснениями к формуле (5.4) СП 50.13330.2012.
При этом температура внутренней поверхности ограждающей конструкции должна определяться по результатам расчета температурных полей всех зон с теплотехнической неоднородностью или по результатам испытаний в климатической камере в аккредитованной лаборатории.
Следует отметить, что пример расчета выполнения данного требования в СП 50.13330.2012 не обнаруживается.
В настоящее время сложно оценивать требования «б» и «в» п. 5.1 СП 50.13330.2012 на предмет их эффективности и степени регулирующего воздействия на строительную отрасль ввиду ограниченной практики их применимости к настоящему времени. Только время покажет, насколько они оказались необходимы и достаточны для обеспечения нормативных требований к удельному энергопотреблению зданий и обеспечению санитарно-гигиенических и комфортных условий.
Как видно из приведенных выше формул и обозначений физических величин и характеристик, в СП 50.13330.2012 происходит возврат к написанию подстрочных и надстрочных индексов буквами из кириллицы.
Как и прежде, размерности сопротивления теплопередаче (м2·°С/Вт), термического сопротивления (м2·°С/Вт), теплопроводности (Вт/(м·°С)) остались вне области действия международной системы единиц СИ.
Библиографический список
1. Горшков А.С., Рымкевич П.П., Немова Д.В. Экономим или нет? Российские энергосберегающие требования // Энергосбережение, № 2, 2014, с. 27-32.
2. Ливчак В.И. Повышать ли уровень теплозащиты зданий? Ответ – «да» // АВОК, № 7, 2009, с. 22-29.
3. Ливчак В.И. Европейская тенденция повышения теплозащиты зданий: как она реализуется в России? // АВОК, № 6, 2011, с. 64-71.
Первая статья этого цикла опубликована в «СМОТ» № 3-4, 2016 г. Продолжение следует…
