«Справочное здание» определено на основании анализа наиболее типичной застройки европейских стран. Например, в методике [5] проект «справочных зданий» выбран так, они являются типичными представителями жилых зданий северной и южной Европы соответственно.
Первый справочный дом (тип 1) является домом в 1,5 яруса, второй (тип 2) - одноэтажный дом. Площадь первого этажа этих двух зданий - 96 м2 и 140 м2 соответственно. Доля остекления справочных зданий составляет 20 % отапливаемой площади здания (для сравнения: в странах СНГ для жилых зданий этот показатель составляет 12-18 %).
Ориентация вертикальных окон справочного здания по сторонам света предполагается в следующем соотношении: 41 % к югу, в 16,5 % к западу, в 16,5 % к востоку и в 26 % к северу (см. рисунок 1).
Рисунок 1 - Распределение площади вертикального остекления справочных зданий [5]. Общая площадь окон составляет 20% площади пола
Площадь окон крыши принята из такого же соотношения, как показано на рисунке 1 только для ориентации на север и юг. Окна на восток и запад, как предполагается, являются вертикальными. Площадь окон крыши занимает 5 % ее площади.
Угол наклона окон крыши предполагается равным 45o в типе 1 и 30o в типе 2 (см. рисунок 2 и 3 соответственно).
Рисунок 2 - Схема справочного дома типа 1 с уклоном крыши 45o
Рисунок 3 - Схема справочного дома типа 2 с уклоном крыши 30o
Показатели тепловой защиты двух справочных зданий показаны в Таблице 1, Таблице 2 и Таблице 3 [6].
Таблица 1 - Коэффициент теплопередачи ограждающих конструкций справочных зданий
|
Наименование ограждающей конструкции |
U-value, Вт/м2 К для климатической зоны ЕС 1/2/3 |
|
|
Крыша |
0,2/0,5/0,8 |
|
|
Стены |
0,3/1,0/1,2 |
|
|
Пол |
0,2/0,8/0,8 |
Таблица 2 - Воздухообмен справочных зданий
|
Наименование ограждающей конструкции |
Зима/Лето |
|
|
Зона 1 |
0,5/1,5 |
|
|
Зона 2 |
0,5/2,0 |
|
|
Зона 3 |
0,5/2,5 |
Таблица 3 - Свойства окон справочных зданий
|
Наименование ограждающей конструкции |
U-value, Вт/м2 К |
gw-value (светопропускание) |
|
|
Зона 1/2 |
2,0/3,5 |
0,50/0,58 |
|
|
Зона 2/3 |
3,5/4,2 |
0,58/0,58 |
Таблица 4 - Тепловая характеристика справочного здания
|
Наименование ограждающей конструкции |
Категория |
C, Дж/К•м2 |
|
|
Здание типа 1 Зона 1-3 |
Medium |
165,000 |
|
|
Здание типа 2 Зона 1-3 |
Heavy |
260,000 |
Для определения энергетической эффективности устанавливают продолжительность отопительного периода в зимнее время и периода кондиционирования помещений здания в летнее время. Продолжительность отопительного периода и периода кондиционирования должна соответствовать фактическому местоположению и типу справочного дома. Указанная продолжительность определяется по расчетному методу, описанному в стандарте ISO 13790. Согласно стандарту, отопительный период включает все дни, в течение которых внутренние теплопоступления не уравновешиваются теплопотерями здания для обеспечения требуемой температуры воздуха в здании, и зависит от уровня тепловой защиты здания. Для примера для зданий типа 1 и 2 продолжительность периода отопления и периода кондиционирования приведена в таблице 5.
Таблица 5 - Продолжительность периода отопления и периода кондиционирования
Как видно из таблицы 5, продолжительность отопительного периода справочных зданий зоны 1 и 2 существенно не отличаются для разных климатических зон. Это связанно с тем, что справочное здание в зоне 2 имеет пониженный уровень теплоизоляции, по сравнению со зданием в зоне 1.
Градусосутки отопительного периода, Dheating и периода кондиционирования, Dcooling определяют на основании разности температуры воздуха помещений и температурой наружного воздуха с учетом продолжительности указанных периодов в соответствии с месторасположением здания по формулам (1-2).
(1)
, (2)
где Tout - температура наружного воздуха;
Tbase, heating - температура воздуха в здании в отопительный период;
Tbase, cooling - температура воздуха в здании в период кондиционирования.
Суммарное значение солнечной радиации, поступающей через окна, рассчитывают для вертикальных (90 0) и наклонных поверхностей (45° и 30o)с учетом ориентации по сторонам света.
(3)
(4)
(5)
Для вертикальных окон солнечная радиация, которая может быть использована как поступление полезной тепловой энергии в течение отопительного периода Iheating, определяется по формуле(6).
(6)
Cолнечная радиация, которая должна быть охлаждена, Icooling, вычисляют в течение охлаждающегося сезона, используя формулу (7). При этом в охлаждение включается солнечная радиация выше 300 Вт/м2 в час в соответствии с ISO 13790. Этот критерий распространятеся на время с температурой окружающего воздуха выше 23 oC включительно.
(7)
Cолнечная радиация, поступающая через наклонные поверхности окон, также вычисляется по формулам (6-7).
Энергетический баланс окон определяется как разница между теплопотерями и теплопоступлениями через окна в периоды отопления и кондиционирования здания.
(8)
(9)
Eref,cooling - баланс энергии окон в период кондиционирования здания, кВт•ч/м2;
Eref,heating - баланс энергии окон в отопительный период здания, кВт•ч/м2;
Icooling - то же, что и в (7), кВт•ч/м2;
Iheating - то же, что и в (6), кВт•ч/м2;
Dcooling - то же, что и в (2), к0С•ч;
Dheating - то же, что и в (1), к0С•ч;
gw - коэффициент светопропускания;
Fs - коэффициент затенения по отношению к горизонту и от существующих зданий;
Uw - общий коэффициент теплопередачи окна, Вт/м2•К.
Коэффициент светопропускания для периодов кондиционирования и отопления может различаться из-за применения например, подвижных солнезащитных устройств.
Коэффициент затенения Fs может быть принят равным 0,7 для горизонтальных окон (согласно EN 832, 1998). Для окон крыши Fs может быть принят равным 0,9.
Для примера градусочасы для зданий типа 1 и 2 в климатических зонах ЕС показаны в таблице 6 [5].
Таблица 6
Как видно, значения солнечной радиации и градусочасы для каждой зоны различны и зависят от климата зоны. Несмотря на это, результаты энергетического баланса энергоэффективных окон будут лучше и в первой, и в третьей зоне.
Таким образом, определение энергетической эффективности окон основано на расчете энергетического баланса по формулам (8-9) в зависимости от климатической зоны.
Класс энергетической эффективности определен в диапазоне 10 Вт/м2
Пример энергетической маркировки вертикально расположенного окна в Великобритании [7] приведен на рисунке 4.
Окно маркируется с учетом показателей отопительного периода и периода кондиционирования здания. На маркировке энергоэффективности окна дополнительно указывают также основные характеристики окна по стандарту EN 14351-1: коэффициент теплопередачи (параметр U), воздухопроницаемость (параметр L), коэффициент пропускания энергии (степень пропускания общей энергии, параметр g) (см. рисунок 3).
Рисунок 4 - Классы энергетической эффективности вертикальных окон BFRC для периодов отопления и кондиционирования [5]
|
а) Пример маркировки энергетической эффективности окна |
б) Класс энергетической эффективности окна за годовой период |
Рисунок 5 - Пример маркировки энергетической эффективности окон BFRC
Как было показано в отчете 1, в новом стандарте ISO 18292:2011 [4], в дополнение к описанной выше методике, в балансе тепловой энергии, учитываются теплопотери через окна за счет воздухопроницаемости, предварительно определяемой по стандартной методике (см. Формулы (10-12). Кроме того, в стандарте применяют не 2, а 3 типа зданий (Средиземноморский Дом (H1), Центральноевропейский Дом (H2), Скандинавский Дом (H3)).
В соответствии со стандартом ISO 18292 методика оценки энергетической эффективности окон также основана на балансе тепловой энергии, поступающей и теряемой через 1 м2 окна, определяемого в течение нескольких сезонов:
Q = Qwith window - Q with adiabatic Window (U=0, g=0) (10)
Здесь Qwith window - теплота, поступающая через окна,
Qwith adiabatic Window - теплота, теряемая через окна.
Баланс энергии окна в летний период:
Rating = A • g window solar value - B (U value of the window + L air leakage) (11)
Баланс энергии окна в отопительный период:
Rating = C • g window solar value - D •(U value of the window + L air leakage), (12)
где g window solar value - теплопоступления от солнечной радиации,
U value of the window - теплопотери за счет теплопередачи;
L air leakage - теплопотери за счет воздухопроницаемости.
Единицы измерения - кВт ч•м2/год.
A, B, C и D являются константами для специфических условий климата.
На основании вышеизложенной информации можно предложить следующие рекомендации для разработки методики оценки энергетической эффективности и энергомаркировки окон в Республике Казахстан. Рекомендации по этапам разработки методики представлены в виде таблицы 7.
Таблица 7
|
Этап разработки методики |
Рекомендации |
Примечания |
|
|
1 |
2 |
3 |
|
|
Определение климатических зон |
Обоснование климатических зон для жилых зданий Республики Казахстан выполнять в зависимости от продолжительности отопительного периода и значений солнечной радиации |
Возможно принятие существующего зонирования согласно действующим нормативным документам |
|
|
Выбор типов жилых зданий |
Обоснование характерных для Республики Казахстан типов жилых зданий |
Возможно выделение зданий индивидуальной постройки и многоэтажных |
|
|
Установление значений солнечной радиации за отопительный период и период кондиционирования |
Определить значения солнечной радиации для климатических зон с учетом угла наклона окна |
На основании СНиП РК 2.04.01-2010 Строительная климатология |
|
|
Установление значений градусочасов |
Установление значений градусочасов за отопительный период и период кондиционирования для климатических зон Республики Казахстан |
На основании СНиП РК 2.04.01-2010 Строительная климатология и принятых типов зданий Возможно применить расчетную методику |
|
|
Анализ технических характеристик окон |
Анализ технических характеристик наиболее применяемых в Республике Казахстан окон |
С подтверждением данных сертификатами соответствия |
|
|
Анализ энергетического баланса окон |
Расчет и анализ энергетического баланса наиболее применяемых в Республике Казахстан окон |
Установить соответствие нормам тепловой защиты для принятых типов зданий |
|
|
Установление классов энергетической эффективности |
Установление классов энергетической эффективности выполнить на основании анализа энергетического баланса и выявить группы наиболее применяемых типов окон |
Аналогично стандарту ISO 18292 диапазон класса принять 10 Вт/м2 в год |
|
|
Установить потенциал энергоэффективности окон |
Выявить возможности снижения энергопотребления и установить потенциал энергетической эффективности окон в условиях эксплуатации в Республике Казахстан |
На основании анализа существующих и проектируемых по действующим нормам зданий |
|
|
Разработка маркировки энергетической эффективности |
Разработка маркировки энергетической эффективности в соответствии с принятыми классами. Установление дополнительных показателей, указываемых в маркировке окон |
С использованием положений стандартов ISO 18292, ГОСТ Р 51388 |
|
|
Схемы сертификации |
Установление рациональных схем сертификации окон по показателю энергетической эффективности |
Возможно использование существующих схем |
|
|
Разработка стандарта |
Разработка стандарта Республики Казахстан по определению энергетической эффективности окон жилых зданий |
2.2 Теплоизоляционные материалы
Положения, рекомендуемые для учета при переработке (разработке новых) национальных стандартов в области энергетической эффективности теплоизоляционных материалов, следующие.
Оценку теплозащитных свойств теплоизоляционных материалов при сертификации рекомендуется выполнять при одинаковых условиях - температуре и влажности в связи с различием этих условий в других странах. Это позволит выполнять сравнение поступающих материалов из-за границы и отечественных утеплителей.
Рекомендуется использовать и распространить на другие теплоизоляционные материалы положения межгосударственного стандарта ГОСТ 31309 о том, что «в стандартах и технических условиях на изделия конкретного вида должны быть установлены значения теплопроводности изделий при температурах 25 °С и 10 °С. Изготовитель должен предоставлять данные о теплопроводности изделия при условиях эксплуатации А и Б, предусмотренные в строительных нормах и правилах по тепловой защите зданий». На основании анализа условий эксплуатации теплоизоляционных материалов, предназначенных для изоляции зданий и готовности национальной лабораторной базы, возможен пересмотр температуры и влажности, методик испытания теплоизоляционных материалов.
При проектировании тепловой защиты ограждающих конструкций зданий профессионалам-проектировщикам необходимо использовать расчетные значения коэффициентов, характеризующие теплозащитные свойства теплоизоляционных строительных материалов, приведенные в приложении Е МСП 2.04.01-2000 «Проектирование тепловой защиты», и соответствующие условиям их эксплуатации.
Для упрощения возможности выбора частным потребителем (непрофессионалом) более эффективных теплоизоляционных материалов на рынке индивидуального строительства, возможно разработать маркировку потенциальной энергетической эффективности теплоизоляционных материалов. Эта маркировка показывала бы в относительных единицах уровень теплозащитных (экономящих энергию) свойств материала. Термин потенциальная энергетическая эффективность в данном случае означает потенциальные возможности материала экономить тепловую энергию в условиях его применения без снижающих теплозащитные свойства факторов. В конструкции энергетическая эффективность теплоизоляционного материала будет снижена за счет «мостиков холода»: несущих элементов теплоизоляции и других элементов конструкции - углов, примыканий к проемам, смежных конструкций, стыков и других элементов. Как показано в предыдущем отчете, это снижение может достигать более 50 %.