Приложение Д. Расчет требуемого сопротивления теплопередаче наружных стен полносборных крупнопанельных и каркасно-панельных зданий по минимуму приведенных затрат с использованием коэффициента дисконтирования

Приложение Д

Расчет
требуемого сопротивления теплопередаче наружных стен полносборных крупнопанельных и каркасно-панельных зданий по минимуму приведенных затрат с использованием коэффициента дисконтирования

Д.1. Общие положения

Д.1.1. Методика разработана в развитие примечания к п. 3.6.1.д МГСН 2.01-99 "Энергосбережение в зданиях" для расчета требуемого (экономически целесообразного) сопротивления теплопередаче наружных ограждающих конструкций, по минимуму приведенных затрат, что обеспечивает возможность уточнения рациональных уровней теплозащиты зданий и последующую разработку экономичных решений наружных стен, цокольных и чердачных перекрытий.

Д.1.2. Методика предназначается для расчетов и обоснований рациональных уровней теплозащиты зданий при:

разработке конструктивных решений крупнопанельных и каркаснопанельных зданий;

- разработке мероприятий по совершенствованию заводского производства ограждающих конструкций;

- определении основных направлений эффективного использования капитальных вложений, направляемых на обеспечение экономии топливно-энергетических ресурсов.

Д.1.3. Методика определения оптимального сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций основана на минимизации суммарных затрат, связанных с ожидаемым уровнем теплозащиты зданий, а именно затрат на создание ограждающих конструкций (единовременные затраты) с одной стороны и экономии топлива на отопление зданий (текущие затраты) - с другой.

Д.1.4. Оценка предстоящих затрат и результатов осуществляется в пределах расчетного периода, продолжительность которого принимается с учетом:

- продолжительности эксплуатации зданий;

- нормативного срока службы основного технологического оборудования.

Д.1.5. Стоимостная оценка составляющих затрат осуществляется в базисных ценах, т.е. в ценах, сложившихся в народном хозяйстве на определенный момент времени. Базисная цена на продукцию или ресурсы считается неизменной в течение всего расчетного периода.*

Д.1.6. Приведение разновременных, текущих затрат к одному (исходному) моменту времени осуществляется на основе метода дисконтирования.

Д.2. Последовательность
определения оптимального сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций

Д.2.1. Применительно к условиям строительства в г. Москве устанавливаются следующие исходные данные для проектирования теплозащиты:

- расчетная температура наружного воздуха в холодный период года t_ext = -26°С;

- расчетные температуры внутреннего воздуха t_int для:

а) жилых домов, общеобразовательных учреждений плюс 20°С;

б) поликлиник, лечебных учреждений, домов-интернатов плюс 21°С;

в) дошкольных учреждений плюс 22°С.

- градусо-сутки отопительного периода для:

а) жилых домов, общеобразовательных учреждений 5027°С x сут;

б) поликлиник, лечебных учреждений, домов-интернатов 5451°С x сут;

в) дошкольных учреждений 5681°С x сут.

Д.2.2. Определяется минимально допустимое сопротивление теплопередаче непрозрачных ограждающих конструкций, м x°С/Вт, по формуле (3.2) МГСН 2.01-99

           req                           n

          R   = [n(t   - t   )]/(Дельта t x альфа   )              (Д.1)

           0        int   ext                    int

где n        - коэффициент равный 1 для наружных стен, °С;

    t        - расчетная температура внутреннего воздуха, °С;

     int

    t        - расчетная   температура  наружного  воздуха   в   холодный

     ext       период, °С;

            n

    Дельта t - нормативный температурный перепад, °С;

    альфа    - коэффициент     теплообмена     внутренней     поверхности

         int   ограждающей конструкции, Вт/(м2 x°С).

Д.2.3. Устанавливаются виды затрат и состав показателей, необходимых для определения этих затрат:

а) единовременные*(1):

- материал, расчетный коэффициент теплопроводности (лямбда), стоимость утеплителя (или нескольких видов утеплителей);

- дополнительные капитальные вложения в модернизацию завода, изготавливающего соответствующие ограждающие конструкции. Эти затраты учитываются в том случае, если получение экономически целесообразного сопротивления теплопередаче требует модернизации парка форм и некоторых других переделов завода-изготовителя.

б) текущие (эксплуатационные)*(2).

- расходы на отопление - в натуральном и стоимостном измерениях.

Примечания:

*(1) Затраты, связанные с возможными некоторыми изменениями в отопительной системе здания и наружных тепловых сетях при увеличении сопротивления теплопередаче ограждений в расчетах не учитываются в связи с незначительным их влиянием на величину единовременных затрат. В расчетах не учитываются также сопряженные капитальные вложения (в промышленность строительных материалов и изделий, в добычу топлива и др.) поскольку эти вложения учтены при формировании цен на соответствующую продукцию.

*(2) Эксплуатационные затраты на реновацию и ремонт ограждений и систем отопления в расчетах не учитываются в связи с незначительным их влиянием на величину эксплуатационных затрат при изменении сопротивления теплопередаче ограждений.

Д.2.4. Определяется тип применяемого утеплителя, расчетный коэффициент теплопроводности, стоимость утеплителя и единицы тепла.

По формулам (Д.6) и (Д.7) определяется оптимальное (экономически целесообразное) сопротивление теплопередаче R(ins)_0 утеплителя.

Оптимальной называется величина сопротивления теплопередаче ограждения, при которой обеспечивается минимум приведенных затрат Р, руб.

                             y

         Р=дельта   x С   + Q  x C  x 9,5 -> min                   (Д.2)

                 ins   ins   ht   h

где дельта   - толщина утеплителя, м;

          ins

    С        - стоимость 1 м3 утеплителя, руб/м3;

     ins

     y

    Q        - расход  тепловой  энергии  на  отопление  за  отопительный

     ht        период, кВт x ч;

    C        - стоимость 1 кВт x ч тепловой энергии, руб.;

     h

    9,5      - коэффициент  учета эксплуатационных  затрат с  приведением

               (дисконтированием) затрат будущих лет к начальному

               периоду времени.

Д.2.4.1. Приведение затрат к базисному моменту производится путем умножения годовых текущих затрат на коэффициент дисконтирования альфа

                                 n            t

                       альфа = Сумма 1/(1 + E)

                            i    1

где Е               - норматив приведения, Е = 0,1;

    n               - число   лет,   в   течение   которых   определяются

                      эксплуатационные затраты;

    t = 1, 2,..., n - порядковый  номер года в  интервале  от первого  до

                      n-го года эксплуатации.

Согласно постановлению Правительства Москвы (N 1036) расчетный период учета эксплуатационных затрат следует принимать равным 30 годам, тогда

                           n              t

                альфа  = Сумма 1/(1 + 0,1) = 9,5

                     i     1

Д.2.4.2. Трансмиссионные теплопотери за отопительный период через 1 м2 наружной ограждающей конструкции, в нашем случае стены, следует определять на основе формулы (3.8) МГСН 2.01-99:

                  y

                 Q  = 0,024 x (1/R ) x D x бета                    (Д.3)

                  ht              w     d

где R    - сопротивление    теплопередаче   по   глади   наружных   стен,

     w     м2 х°С/Вт;

    бета - коэффициент,     учитывающий    дополнительные    теплопотери,

           связанные   с  ориентацией  по  странам горизонта:  для  жилых

           зданий бета - 1,13, для общественных 1,1;

    D    - градусосутки  отопительного периода, принимаемые в зависимости

     d     от типа здания (п. 2.1).

Д.2.4.3. С учетом изложенного формула (Д.2) преобразуется в следующий вид:

а) для жилых зданий и общеобразовательных учреждений, руб

        Р = R лямбда   С    + [(0,024 х 1,13 х 5027)/R ] C x 9,5 =

             w      ins ins                           w   h

          = R x лямбда   C   +(136,3/R ) x C x 9,5                 (Д.4)

             w        ins ins         w     h

б) для поликлиник, домов-интернатов, руб

             Р = R x лямбда   x C   + (143,9/R ) x С x 9,5         (Д.5)

                  w        ins   ins          w     h

Стоимость тепловой энергии в соответствии с рекомендацией Правительства Москвы (N 959 РП) следует принимать равной 30 долларов за 1 МВт х ч (0,03 доллара США за 1 кВт x ч).

Оптимальное термическое сопротивление утеплителя R_ins определяется путем дифференцирования формулы (Д.4) или (Д.5) по переменной величине R_w и приравнивания производной нулю. В результате получают:

а) для жилых зданий и общеобразовательных учреждений

      R    = кв.корень((136,3 x 9,5 x C )/(лямбда   x C   )) =

       ins                             h         ins   ins

      = кв.корень(136,3 x 9,5) x кв.корень(C /(лямбда   x C   ))   (Д.6)

                                            h        ins   ins

где лямбда  - коэффициент теплопроводности утеплителя Вт/(м x°С);

          ins

    С       - стоимость  1 м3  утеплителя    франко    завод-изготовитель

     ins      наружных стен, руб;

    С       - стоимость 1 кВт x ч (равные 0,03 доллара США);

     h

б) для поликлиник и домов интернатов

     R   = кв.корень(143,9 x 9,5) x кв.корень(C /(лямбда   x C   ))(Д.7)

      ins                                      h        ins   ins

Толщина утеплителя, соответствующая оптимальному сопротивлению теплопередаче, составляет:

                                w

                    дельта   = R  x лямбда   ,                     (Д.8)

                          ins   0         ins

Д.2.4.4. Оптимальное сопротивление теплопередаче стены (R(w)_0) определяется по формуле:

                     w

                    R  = (R   + R   + 0,158) x r                   (Д.9)

                     0     ins   ins

где R   - термическое сопротивление  наружного   и  внутреннего  бетонных

     con  слоев, м2 x°С/Вт;

    r    - коэффициент  теплотехнической однородности стены,  принимается

           по расчету температурных полей.

Д.2.4.5. Производится проверка соответствия условию: оптимальное сопротивление теплопередаче ограждения должно быть не менее значения, приведенного в п. 2.1 табл. 1а СНИП II-3-79* (изд. 1998 г.), первого этапа внедрения для ограждающих конструкций (за исключением светопрозрачных) в зависимости от вида здания.

Оптимальное сопротивление теплопередаче R(w)_0 должно быть больше минимально допустимого по санитарно-гигиеническим и комфортным условиям п. 3.3.3 (МГСН 2.01 -99).

      w    req   w

     R  > R   ; R  > R для первого этапа теплозащиты.

      0    0     0

Д.2.4.6. Определяются приведенные затраты по трем вариантам толщин утеплителя:

                                                                      e

    дельта   ; дельта    - 2 см и дельта   + 2 см, что соответствует Р ,

          ins        ins                ins

Р и Р .

 1   2

В том случае, если Р(e) будет меньше P_1 и Р_2 сопротивление теплопередаче стены является экономически целесообразным.

Д.2.4.7. В том случае, если при переходе к производству нового типа стены (с R(w)_0 требуется реконструкция или замена парка форм, а также переоборудование других переделов завода в состав приведенных затрат включаются дополнительные затраты по реконструкции, отнесенные на объем выпуска продукции (руб/м2 конструкции) с учетом нормативного срока окупаемости капитальных вложений (СН - 509, Инструкция по оценке эффективности новой техники в строительстве).

Пример расчета 1

1. Определить R(w) _0 и дельта_ins слоя утеплителя в трехслойной наружной панели для крупнопанельного жилого дома.

2. Конструктивное решение панели: наружный и внутренний бетонные слои (тяжелый бетон гамма = 2400 кг/м3, лямбда = 1,86) толщиной соответственно 80 и 70 мм; утеплитель - пенополистирол лямбда_ins = 0,05 Вт/(м x°С). Стоимость утеплителя (в конструкции) 700 руб/м3.

3. Исходные данные для проектирования теплозащиты для условий г. Москвы:

- расчетная температура наружного воздуха в холодный период года t_ext = минус 26°С;

- расчетная температура внутреннего воздуха t_int = 20°С ;

- градусо-сутки отопительного периода D_d = 5027.

4. Стоимость единицы теплоты - 30 долларов США за МВт x ч, или 0,03 доллара за кВт x ч или при курсе доллара 25 руб. - 0,75 руб. за кВт x ч, 870 руб. за Гкал.

5. Оптимальное термическое сопротивление теплопередаче утеплителя определяется по формулам (Д.6) - (Д.9), м2 x°С/Вт.

        R    = кв.корень(136,3 x 9,5) x кв.корень(C /(лямбда   x C   ))

         ins                                       h        ins   ins

        R    = кв.корень(1295) x кв.корень(0,75/(0,05 x 700)) =

         ins

             = 35,98 x 0,146 = 5,25 м2 x°С/Вт

Термическое сопротивление бетонных слоев

         R   = дельта/лямбда = 0,15/1,86 = 0,08 м2 x°С/Вт

          con

Коэффициент теплотехнической однородности стены r = 0,658 (r - определяется расчетом температурных полей)

                         ins

                   дельта   = 5,25 x 0,05 = 0,26 м

6. Оптимальное сопротивление теплопередаче наружной стены определяется по формуле (Д.9)

                R   = (0,08 + 5,25 + 0,158) x 0,658 = 3,6 м2 x°С/Вт

                 con

7. Проверка выполненного расчета

       e

      P = R x лямбда   x С   + (136,3/R ) x C x 9,5 =

           w        ins   ins          w     h

        = 5,25 x 0,05 x 700 + (136,3/3,6) x 0,75 x 9,5 = 453,5 руб.

Определяются приведенные затраты по двум вариантам толщин утеплителей - 0,24 м и 0,28 м

         P = 0,24 x 700 + (136,3/3,4) x 0,75 x 9,5 = 455,3 руб.

          1

         Р = 0,28 x 700 + (136,3/3,74) x 0,75 x 9,5 = 455,7 руб.

          2

Следовательно, P_1 > Р(e) < Р_2 и Р(e) - являются минимальными.

8. Определяется минимально допустимое сопротивление теплопередаче ограждения (п. 2.2)

      req                         n

     R    = n(t   - t   )(Дельта t x альфа   ) = 1 x (20 + 2,6)/(8,7 х 4) =

      0        int   ext                  int

          = 1,32

Следовательно, R(req)_0 < R(w)_0 >R_1 этапа, что отвечает требованиям МГСН 2.01-99.

Замечание. В рассмотренном примере принята относительно низкая цена утеплителя. В том случае, если стоимость одного м3 утеплителя окажется выше, то оптимальное сопротивление теплопередаче ограждения снизится. Например, при примении# импортного утеплителя типа "Rockwool" при лямбда = 0,04 Вт/(м x°С), стоимостью 1100 руб/м3 оптимальное сопротивление теплопередаче стены составит:

     R   = кв.корень (1295) x кв.корень(0,75/0,05 x 1100) =

      ins

         = 35,98 x 0,117 = 4,2; дельта  = 4,2 x 0,04 = 0,21 м.

                                      ут

         w

        R  = (0,08 + 4,2 + 0,158) x 0,716 = 3,2 м2 x°С/Вт

         0

Пример расчета 2

1. Определить оптимальные значения R(w)_0 и дельта_ins слоя утеплителя в трехслойной наружной панели для каркасно-панельного лечебного учреждения.

2. Конструктивное решение панели - наружный и внутренний бетонные слои (тяжелый бетон лямбда = 1,86 Вт/(м x°С)) - 80 и 70 мм,

утеплитель - минераловатные плиты лямбда_ins = 0,04, стоимость 1 м - 800 руб.

3. Исходные данные для проектирования теплозащиты для условий Москвы:

- расчетная температура наружного воздуха t_ext минус 26°С;

- расчетная температура внутреннего воздуха t_int 21°С;

- градусо-сутки отопительного периода D_d 5451°С x сут.

4. Стоимость единицы теплоты - 30 долларов США за МВт x ч или 0,03 доллара за кВт x ч.

5. Оптимальное сопротивление теплопередаче утеплителя определяется по формуле (Д.5)

         R   = кв.корень (143,9 x 9,5) x кв.корень(0,75/(0,04 x 800)) =

          ins

             = 36,97 x 0,153 = 5,65

         дельта   = 5,65 x 0,04 = 0,23 м

               ins

         R   = дельта/лямбда = 0,15/1,86 = 0,08 м2 x°С/Вт

          con

Коэффициент теплотехнической однородности стены r = 0,69

6. Оптимальное сопротивление теплопередаче наружной стены определяется по формуле (Д.9)

           w

          R  = (0,08 + 5,65 + 0,158) x 0,69 = 4,06 м2 x°C/Вт

           0

7. Проверка выполненного расчета.

           e

          Р = R x лямбда   x С + (143,9/R ) x С x 9,5

               w        ins   ins        w     h

           e

          Р = 5,65 x 0,04 x 800 + (143,9/4,06) x 0,75 x 9,5 = 433,3 руб.

Определяются приведенные затраты по двум вариантам толщин утеплителей - 0,21 м и 0,25 м

          R    = 0,21/0,04 = 5,25 м2 x°С/Вт

           ins1

          R    = 0,25/0,04 = 6,25 м2 x°С/Вт

           ins2

          Р = 0,21 x 800 + (143,9/3,84) x 0,75 x 9,5 = 435,0 руб.

           1

          Р = 0,25 x 800 + (143,9/4,35) x 0,75 x 9,5 = 435,7 руб.

           2

Следовательно, поскольку выполнено условие P_1 > P(e) < Р_2 приведенные затраты Р(e) являются оптимальными.

______________________________

* см. "Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов и их отбору для финансирования", Москва, 1994 г., раздел 2.