Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современные подходы к экономии тепловой энергии на отопление зданий. Проблемы и пути их решения 15
1.1. Развитие энергосберегающих принципов при строительстве и эксплуатации жилых зданий в мире и России 15
1.2. Современные подходы к повышению энергетической эффективности существующих зданий 21
1.3. Проблемы термомодернизации зданий и пути их решения в работах отечественных и зарубежных ученых 29
Глава 2. Комплексное исследование жилищного фонда градостроительного образования с позиции его пригодности к термомодернизации (на примере г.Тамбова) 37
2.1. Жилищный фонд г.Тамбова и классификация его зданий по периодам строительства и конструктивным особенностям 37
2.1.1. Жилые здания первого периода индустриального домостроения 42
2.1.2. Жилые здания второго периода индустриального домостроения 50
2.2. Натурные исследования технического состояния и теплозащитных качеств ограждающих конструкций рассматриваемых жилых зданий 54
2.2.1 Исследование технического состояния рассматриваемых зданий с выявлением остаточного срока их службы 54
2.2.1.1 Выбор методики оценки физического износа и остаточного срока службы жилых зданий 54
2.2.1.2 Результаты натурного исследования технического состояния рассматриваемых зданий и оценки их остаточного срока службы
2.2.2. Исследование теплозащитных качеств рассматриваемых зданий 61
2.2.2.1 Методика натурного исследования теплозащитных качеств рассматриваемых зданий 61
2.2.2.2 Приборы для определения теплозащитных качеств ограждающих конструкций зданий 66
2.2.2.3 Результаты натурного исследования теплозащитных качеств ограждающих конструкций рассматриваемых зданий 67
2.3. Анализ пригодности исследуемого жилищного фонда к термомодернизации 73
Глава 3. Исследование влияния параметров тепловой защиты жилых зданий на снижение энергетических затрат на отопление 75
3.1. Постановка задачи, выбор факторов и описание методики расчета энергетических затрат на отопление жилых зданий 75
3.2. Определение области изменения факторов. Выбор плана вычислительного эксперимента 82
3.3. Анализ результатов расчетов и построение регрессионной зависимости 87
3.4. Влияние исследуемых факторов на снижение затрат тепловой энергии на отопление 93
Глава 4. Оценка целесообразности термомодернизации и оптимизация параметров тепловой защиты жилого здания по экономическому критерию 99
4.1. Оценка целесообразности термомодернизации жилого здания з
4.1.1. Особенности экономической оценки термомодернизации зданий в условиях современных рыночных отношений 99
4.1.2. Методика определения срока службы здания, обеспечивающего безубыточность его термомодернизации 107
4.2. Исследование целесообразности термомодернизации отдельного
жилого здания по критерию безубыточности его термомодернизации 111
4.2.1. Определение срока службы здания, обеспечивающего безубыточность его термомодернизации без учета перерасхода тепловой энергии в период, предшествующей тепловой защите 111
4.2.2. Определение срока службы здания, обеспечивающего безубыточность его термомодернизации с учетом перерасхода тепловой энергии в период, предшествующей тепловой защите 1 4.3. Методика оптимизации параметров тепловой защиты жилого здания 115
4.4. Оптимизация теплозащитных мероприятий при термомодернизации жилого здания по критерию чистой дисконтируемой экономии средств
4.4.1. Исходные данные для оптимизации теплозащитных мероприятий при термомодернизации отдельного жилого здания 118
4.4.2. Построение программной математической модели чистой дисконтируемой экономии средств (ЧДЭС) и оптимизация параметровтепловой защиты жилого здания по критерию ЧДЭС 119
Глава 5. Оптимизация термомодернизации жилых зданий градостроительного образования 122
5.1. Постановка задачи при оптимизации термомодернизации жилых зданий градостроительного образования 122
5.2. Методика оптимизации термомодернизации группы жилых зданий градостроительного образования 124
5.3. Обобщенный алгоритм оптимизации и его программная реализация 128
5.4. Анализ результатов оптимизационных расчетов и параметры оптимальной термомодернизации градостроительного образования по критерию ЧДЭС 131
5.5. Практические рекомендации по термомодернизации зданий жилищного фонда градостроительного образования (на примере г.Тамбова) 139
Основные выводы 145
Список литературы 150
Приложения
- Проблемы термомодернизации зданий и пути их решения в работах отечественных и зарубежных ученых
- Натурные исследования технического состояния и теплозащитных качеств ограждающих конструкций рассматриваемых жилых зданий
- Определение области изменения факторов. Выбор плана вычислительного эксперимента
- Особенности экономической оценки термомодернизации зданий в условиях современных рыночных отношений
Введение к работе
Актуальность работы. В России после выхода последнего поколения нормативных документов по тепловой защите зданий появились новые жилые дома, запроектированные с учетом современных требований. Однако модернизация существующего жилищного фонда происходит очень медленно, что не позволяет решить проблему энергосбережения в полном объеме.
Наиболее трудной задачей при реализации политики повышения энергетической эффективности существующих жилых зданий, заложенной в ФЗ № 261 «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» от 23.11.2009 г., является поиск источников финансирования теплозащитных мероприятий.
Исследования, проводимые ведущими российскими учеными, четко свидетельствуют о необходимости комплексного подхода к реализации теплозащитных работ, затрагивающего все элементы зданий. Однако эти же исследования показывают высокую затратность работ по термомодернизации зданий, что серьезно снижает перспективность развития энергосервисных отношений в этой сфере, особенно когда речь заходит о желаемых и требуемых объемах, на которые делаются основные ставки в упомянутых целевых программах.
В связи с этим, учитывая большую ресурсоемкость сферы ЖКХ, необходима разработка детальной стратегии термомодернизации жилищного фонда каждого градостроительного образования (жилой группы, микрорайона, жилого района, города).
Для качественной проработки подобной стратегии в полном объеме существующих методик недостаточно. Общее решение планирования термомодернизации всего жилищного фонда состоит из двух частных задач - оптимизации по экономическому критерию тепловой защиты отдельно взятого здания и оптимизации последовательности термомодернизации всей совокупности жилых зданий рассматриваемого градостроительного образования.
Вопросы оптимизации параметров тепловой защиты одного здания неоднократно рассматривались в литературе. Однако при этом поиск оптимальных решений в данных методиках предлагается находить с помощью аппарата дифференциального исчисления. При рассмотрении современных технических систем приходится сталкиваться с большим количеством оптимизируемых параметров и наличием ограничений, накладываемых на них. Для оптимизации таких систем упомянутый классический метод оказывается неудобным и очень сложным.
Рассмотрение проблемы оптимизации последовательности термомодернизации зданий жилищного фонда градостроительного образования, предполагающей обоснованный выбор параметров тепловой защиты и очередности модернизации зданий жилищного фонда с достижением максимального экономического эффекта от реализации программы, в научных работах в настоящее время находится на начальном этапе.
Существующие принципы оценки целесообразности термомодернизации не дают возможности для анализа экономических потерь в связи с последствиями отсрочки реализации теплозащитных мероприятий.
Созданию, упорядочению и сбору в единое целое существующих методик оценки экономической эффективности и оптимизации параметров термомодернизации жилых зданий, а также расширению научно-методических взглядов, позволяющих находить комплексное решение подобных задач, и посвящена настоящая работа.
Целью диссертационной работы является разработка научных и методических основ оценки целесообразности и оптимизации по экономическому критерию параметров термомодернизации как отдельно взятого жилого здания, так и группы зданий, составляющих жилищный фонд градостроительного образования, а также иллюстрация возможности применения разработанных методик и моделей термомодернизации на примере жилищного фонда г.Тамбова.
Основные задачи работы. Для достижения поставленной цели предполагалось решить следующие задачи:
произвести комплексный анализ жилищного фонда г.Тамбова с учетом периодов строительства зданий, особенностей их конструктивного и объемно-планировочного решений, технического состояния и фактических теплозащитных качеств ограждающих конструкций;
исследовать влияние различных способов тепловой защиты рассматриваемых зданий на снижение удельного расхода тепловой энергии и выбрать из них наиболее целесообразные;
развить существующую методику оценки экономической эффективности термомодернизации жилых зданий с учетом фактической ситуации и перспективных прогнозов изменения тарифов на тепловую энергию;
разработать методику оценки целесообразности термомодернизации жилых зданий, учитывающую техническое состояние здания и условие безубыточности на остаточном сроке службы, и с ее помощью исследовать целесообразность термомодернизации эксплуатируемого жилого здания;
разработать методику многофакторной оптимизации параметров тепловой защиты отдельно взятого жилого здания с позиции максимальной экономической эффективности затрат на энергосберегающие мероприятия с ее реализацией в виде программной математической модели, с помощью которой выполнить оптимизацию параметров тепловой защиты жилого здания одного из рассматриваемых типов;
разработать методику оптимизации термомодернизации группы жилых зданий градостроительного образования с позиции максимальной экономической эффективности затрат на энергосберегающие мероприятия с ее реализацией в виде программной модели, а также произвести оптимизацию параметров термомодернизации жилых зданий на примере жилищного фонда г.Тамбова.
Методы исследования:
натурные исследования технического и теплотехнического состояния зданий (выявление и анализ различных повреждений конструктивных элементов и инженерных систем исследуемых зданий; измерение плотностей тепловых потоков через наружные ограждающие конструкции и их тепловизионная съемка с последующей расшифровкой);
лабораторный вычислительный эксперимент с использованием программы для ЭВМ «Расчет и составление энергетического паспорта жилых и общественных зданий
(ЕР creator)» по изучению влияния теплозащитных мероприятий модернизируемого здания на удельные затраты на отопление;
лабораторный вычислительный эксперимент для построения зависимости чистой дисконтируемой экономии средств от параметров тепловой зашиты отдельного взятого жилого здания по критерию максимальной экономической эффективности затрат на энергосберегающие мероприятия с оптимизацией этих параметров;
компьютерная симуляция на математической модели, описывающей траекторию термомодернизации жилищного фонда градостроительного образования с процедурой численной оптимизации параметров входящих в модель.
Достоверность результатов, полученных при проведении натурных исследований, вычислительного эксперимента и оптимизации обеспечивалась статистической обработкой данных, а также сравнением их с подобными результатами, полученными другими авторами.
Научную новизну работы составляют:
математические модели, описывающие зависимости удельного расхода тепловой энергии на отопление выбранных типов жилых зданий от параметров, характеризующих уровень их тепловой защиты, а также данные о влиянии этих параметров на снижение удельного расхода тепловой энергии на отопление;
теоретические положения методики оценки целесообразности термомодернизации жилых зданий при условии безубыточности на остаточном сроке службы;
введенный критерий Гэф - срок службы здания, обеспечивающий безубыточность его термомодернизации, который позволяет оценить целесообразность термомодернизации того или иного жилого здания в долговременной перспективе;
теоретические положения методики оптимизации параметров термомодернизации группы жилых зданий градостроительного образования, позволяющие определить оптимальную последовательность ее реализации при различной степени износа зданий.
Практическое значение работы заключается в следующем:
разработана программа для ЭВМ, позволяющая рассчитать энергетические параметры жилых и общественных зданий и составить энергетический паспорт;
получены данные о фактических теплозащитных качествах наружных ограждающих конструкций жилых зданий г.Тамбова и их остаточном сроке службы, являющиеся исходными данными для разработки стратегии термомодернизации;
скорректирована методика оценки экономической эффективности термомодернизации зданий в условиях современных рыночных отношений;
разработана методика определения предельного срока службы здания, обеспечивающего безубыточность его термомодернизации;
разработана методика оптимизации по экономическому критерию параметров тепловой защиты отдельно взятого жилого здания и ее программная математическая модель;
найдены оптимальные значения параметров тепловой защиты жилого здания с позиции максимальной экономической эффективности затрат на энергосберегающие мероприятия;
разработана методика оптимизации по экономическому критерию термомодернизации группы жилых зданий градостроительного образования и ее программная математическая модель;
найдены оптимальные значения параметров термомодернизации группы жилых зданий на примере жилищного фонда г.Тамбова, обеспечивающие максимальную чистую дисконтируемую экономию средств (ЧДЭС) от реализации программы термомодернизации;
разработаны практические рекомендации по проведению термомодернизации жилых зданий опорного жилищного фонда г.Тамбова.
Внедрение результатов работы. Результаты исследований влияния теплозащитных мероприятий на удельный расход тепловой энергии и чистую дисконтируемую экономию средств, получаемую за счет экономии энергоресурсов за рассматриваемый срок, методика оптимизации последовательности термомодернизации группы жилых зданий, а также компьютерная программа «ЕР creator», и практические рекомендации по проведению термомодернизации опорного жилищного фонда г.Тамбова прошли практическую апробацию и внедрены в ОАО проектный институт «Тамбовгражданпроект», г.Тамбов.
Кроме того компьютерная программа «ЕР creator» внедрена в научно-производственный процесс таких организаций как:
- ООО научно-инженерно-строительная компания «ЮНИВЕР», г. Калинин
град;
- ООО «НТО» Эксперт», г.Липецк.
На защиту выносятся:
данные о фактических теплозащитных качествах наружных ограждающих конструкций жилых зданий г.Тамбова и их остаточном сроке службы;
регрессионные зависимости удельных расходов тепловой энергии на отопление рассматриваемых жилых зданий от параметров, характеризующих уровень их дополнительной тепловой защиты;
данные о влиянии различных теплозащитных мероприятий на снижение удельного расхода тепловой энергии на отопление рассматриваемых жилых зданий;
скорректированная методика оценки экономической эффективности термомодернизации зданий в условиях современных рыночных отношений, учитывающая фактическую ситуацию и перспективные прогнозы изменения тарифов на тепловую энергию;
методика определения предельного срока службы здания, обеспечивающего безубыточность его термомодернизации;
методика оптимизации по критерию ЧДЭС параметров тепловой защиты отдельного жилого здания и ее программная математическая модель;
методика оптимизации по критерию ЧДЭС параметров термомодернизации группы жилых зданий градостроительного образования и ее программная математическая модель.
Апробация работы и публикации. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на всероссийском научном конгрессе «Фундаментальная наука - ресурс сохранения здоровья здоровых людей», Тамбов, ТГТУ, 2008г.; I и II академических чтениях «Актуальные вопросы строительной физики», посвященные памяти академика РААСН Осипова Георгия Львовича, Москва, НИИСФ, 2009г., 2010; IX международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития жилищно-коммунального хозяйства городов и населенных пунктов», Москва, София, Кавала, 2010г.; 1-ой международной научно-практической конференции
«Аспекты ноосферной безопасности в приоритетных направлениях деятельности человека» , Тамбов, ТГТУ, 2010г.; конференции в рамках ежегодного всероссийского конкурса молодежных авторских проектов, направленных на социально-экономическое развитие российских территорий «Моя страна - моя Россия», Москва, 2010г.; III научной конференции «Проблемы современной архитектуры и строительства» (г. Закопаны, РП, 2010 г.); XXV научно-технической конференции «EKOMILITARIS 2011» на тему «Защита от последствий чрезвычайных ситуаций» (г. Закопаны, РП, 2011 г.).
Промежуточные результаты работы автора в 2010г. представлялись на Всероссийском конкурсе молодежных авторских проектов, направленных на социально-экономическое развитие российских территорий «Моя страна - моя Россия». По итогам конкурса работа автора удостоена 3-го места и бронзовой медали в направлении «Проекты, направленные на развитие и внедрение энергосберегающих технологий в российских регионах, муниципальных образованиях (в системе ЖКХ, в малом и среднем бизнесе и др.)», а ее автор Клычников Р.Ю. представлен к премии для поддержки талантливой молодежи в рамках реализуемого приоритетного национального проекта «Образование». Кроме того, результаты исследований, ставшие в итоге частью настоящей диссертации, послужили основанием для включения автора в число финалистов конкурса научно-исследовательских работ аспирантов и молодых ученых в области энергосбережения в промышленности «Эврика 2010».
Работа в законченном виде рассмотрена и рекомендована к защите на расширенном заседании кафедры «Городское строительство и автомобильные дороги» ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет» (протокол №6 от 27 декабря 2011г.). Основные положения диссертации отражены в 19 печатных работах, в том числе одном учебном пособии «Технико-экономическая оценка термомодернизации жилых зданий» (Москва, Изд-во АСВ, 2011), которое рекомендовано Государственным образовательным учреждением высшего профессионального образования «Московский государственный строительный университет» в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки 270100 «Строительство» по специальности 270105 «Городское строительство и хозяйство».
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы из 97 наименований. Общий объем работы изложен на 160 страницах машинописного текста, содержит 47 иллюстраций и 14 таблиц.
Проблемы термомодернизации зданий и пути их решения в работах отечественных и зарубежных ученых
Традиционно точкой отсчета актуализации энергосберегающих принципов в потреблении ресурсов считается первый и крупнейший до настоящего времени нефтяной кризис 1973 года. Тогда страны ОАПЕК объявили о прекращении поставок нефти странам, поддержавшим Израиль в этом военном конфликте, и, в первую очередь, США и их союзникам в Западной Европе. На протяжении следующего 1974 года цена на нефть выросла с трёх до двенадцати долларов за баррель. Возникшее в итоге положение отразило реальные масштабы зависимости развитых стран от цен на нефть.
Невзирая на то, что вскоре положение на мировом нефтяном рынке стабилизировалась, западные страны не свернули реализацию новой энергетической стратегии. Энергосбережение было внедрено практически во все отрасли экономики. Однако важнейшим инструментом стала структурная перестройка экономики, которая была направлена на снижение доли энергоемких, зачастую экологически неблагоприятных производств, и увеличение наукоемких. Так, например, в 1970 г. энергоемкость единицы ВНП в бывшем СССР была несколько ниже, чем в США, а в настоящее время в Штатах этот показатель в два с лишним раза ниже, чем в России [85].
Руководство СССР, учитывая энергетическую независимость страны, движения западных стран в сторону развития ресурсосберегающих технологий в прямом виде не поддержало.
Особенности развития отечественной нормативной базы строительства в части совершенствования проектирования тепловой защиты зданий детально рассмотрены Матросовым Ю.А. в [56].
Им отмечается, что до конца 70-х в СССР основное внимание уделялось минимизации стоимости строительства, т.е. капитальных затрат, а эксплуатационные затраты по сути не учитывались.
Дешевое топливо и широко распространенное в городах централизованное теплоснабжение обеспечивало здания практически бесплатной тепловой энергией. С учетом этого, а также существовавшей в то время плановой экономики, основными критериями развития нормативной базы проектирования жилых зданий являлись вопросы гигиены, безопасности и экономии стройматериалов. В целях совершенствования соблюдения этих норм непрерывно развивалась методологическая база, расширялись и уточнялись таблицы теп-лофизических характеристик строительных материалов. Однако все это не позволяло добиться ощутимого снижения потребления тепловой энергии на отопление жилых зданий.
Вместе с тем, начиная с 1971 г., делались отдельные попытки ужесточения уровня нормируемого сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций, как путем введения повышающих коэффициентов, так и расчетами экономической целесообразности. Несмотря на это, вплоть до 1995 г., уровень тепловой защиты жилых зданий оставался низким.
Ситуация существенно изменилась после перехода страны к рыночной экономике в 90-х годах и значительного роста цен на топливо на внутреннем рынке. Стало очевидным, что на поддержание требуемых параметров микроклимата в жилых зданиях страна слишком расточительно расходует свои энергетические запасы. Возросшая активность в вопросах энергосбережения потребовала развития нормативно-правовой базы, этапы которого подробно рассмотрены в [82].
Формирование принципов и механизмов государственной политики в области энергосбережения началось с постановления Правительства Российской Федерации «О неотложных мерах по энергосбережению в области добычи, производства, транспортировки и использования нефти, газа и нефте продуктов» № 371 от 01.06.92 г. и одобрения им в этом же году Концепции энергетической политики России.
Началом создания правовой базы энергосбережения стал принятый 7 мая 1995 г. Указ Президента Российской Федерации № 472 «Об основных направлениях энергетической политики и структурной перестройки топливно-энергетического комплекса Российской Федерации на период до 2010 года». Данный документ определил приоритетным направлением развития энергетической политики государства решение проблемы повышения эффективности использования топливно-энергетических ресурсов. В том же 1995 г. Постановлением Правительства РФ № 1006 от 13.10.1995г. были приняты «Основные положения Энергетической стратегии России на период до 2010 года».
Постановлением Правительства Российской Федерации №1087 от 2 ноября 1995 г. «О неотложных мерах по энергосбережению» федеральным органам исполнительной власти и субъектам Российской Федерации была поручена разработка первоочередных нормативных документов, в том числе, по переходу потребления энергоресурсов на приборный учет, введению правил учета газа, электрической и тепловой энергии, совершенствованию государственной статистической отчетности по использованию топливно-энергетических ресурсов.
В апреле 1996 г. был принят Федеральный закон № 28-ФЗ «Об энергосбережении», all сентября 1997 г. Указ Президента РФ от № 1010 «О государственном надзоре за эффективным использованием энергетических ресурсов в Российской Федерации».
Госстроем РФ, во исполнение решений Правительства России в области энергосбережения, в 1994 г. была поставлена цель: добиться снижение потребления тепловой энергии на отопление в новых и реконструируемых зданиях на 20% в период до 1999 г. и на 40% начиная с 2000 года по сравнению с 1995 г. В этой связи возникла потребность в разработке новых принципов нормирования тепловой защиты зданий.
В период 1994-98 гг. была разработана концепция энергетических норм и энергетический паспорт здания, а также первые московские городские нормы по энергосбережению (МГСН 2.01-94), ставшие первой попыткой системного нормирования тепловой защиты.
Основываясь на уже сделанных наработках в целях решения проблемы энергосбережения, в 1994-95 гг. были созданы и введены в действие с 1995 г. принципиальные изменения в СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника». Эти изменения установили новый более высокий уровень теплозащиты зданий, который подразумевал снижение удельных расходов тепловой энергии по сравнению с 1995 г. в период с 1995 до 2000 гг. на 20% и с 2000 г. на 40%.
В 1998 г. в данный СНиП П-3-79 были внесены последние коррективы, связанные с появлением и внедрением энергоэффективных оконных конструкций.
В том же 1998г. в Федеральной целевой программе «Энергосбережение России», утвержденной постановлением Правительства Российской Федерации № 80 от 24 января 1998 г. была сделана первая попытка системного подхода к энергосбережению уже в рамках всей страны [82].
Этой программой предусматривалось поэтапное снижение энергоемкости ВВП в период 1998-2005 гг. на 13,4%, в том числе на первом этапе - на 5,8%, сдерживание темпов роста тарифов и цен на энергоносители, сокращение на 50-60% бюджетных дотаций населению, сокращение затрат на содержание объектов бюджетной сферы, развитие рынка энергетических услуг.
Основное внимание в данной программе уделялось энергосбережению в топливно-энергетическом комплексе, жилищно-коммунальном хозяйстве и в энергоемких отраслях промышленности. Планируемая экономия топливно-энергетических ресурсов на период 1998-2000 гг. была установлена на уровне 60 млн т у.т. Однако даже по официальным данным задачи программы оказались выполнены менее, чем на 50%.
Натурные исследования технического состояния и теплозащитных качеств ограждающих конструкций рассматриваемых жилых зданий
Техническое состояние здания определяет перспективы его дальнейшей эксплуатации. В качестве количественной оценки технического состояния зданий используют такой критерий как физический износ. Под данной величиной понимается утрата зданием первоначальных технико-эксплуатационных свойств в результате воздействия природно-климатических факторов и жизнедеятельности человека, выраженная в процентах от полной восстановительной стоимости [16].
Для оценки величины физического износа зданий, существует несколько подходов. Первая методика определения указанной характеристики вытекает из ее определения и может быть охарактеризована как стоимостная. Детальное рассмотрение данной методики изложено в работах Шейной С.Г., в частности [88]. Сущность этого подхода описывается следующим выражением: где Ф3 - физический износ здания, %; Срем - стоимость ремонтных работ, руб.; Свое - полная восстановительная стоимость здания, руб. Принято считать, что описанный метод является одним из наиболее объективных, вместе с тем он имеет чисто экономическую природу. Указанное обстоятельство несколько снижает применимость этого подхода, поскольку в некоторых ситуациях требуется оценить не дальнейшую экономическую целесообразность эксплуатации здания, а техническую возможность этого.
Одним из самых популярных и доступных методов оценки общего физического износа здания является его определение по сводным таблицам визуальных признаков, приведенных в ВСН 56-86(р) «Правила оценки физического износа жилых зданий» [16].
Величина физического износа здания в данном случае определяется по формуле: где Фк - физический износ конструкций, элемента или системы, %; /, - коэффициент, соответствующий доли восстановительной стоимости отдельной конструкцией, элемента или системы в общей восстановительной стоимости здания; п - число определенных конструкций, элементов и систем.
Физический износ отдельных конструкций и элементов зданий (Фк, %) определяется путем сравнения признаков физического износа, выявленных в результате визуального и инструментального обследования, с их значениями, приведенными в таблицах 1.. .64 [16].
Физический износ внутренних систем инженерного оборудования здания в целом определяется по таблицам 64...71 [16] на основании оценки технического состояния элементов, составляющих эти системы. Если в процессе эксплуатации некоторые элементы системы подвергались замене новыми, физический износ системы следует уточнять расчетным путем на основании сроков эксплуатации отдельных элементов по графикам, приведенным на рисунках 3... 7 [16]. За окончательную оценку принимают большее из значений. Численные значения физического износа округляются: для конструкций, элементов и систем до - 5%; для здания в целом - до 1%. Доли восстановительной стоимости отдельных конструкций, элементов и систем в общей восстановительной стоимости здания принимают по сборнику №28 укрупненных показателей восстановительной стоимости жилых, общественных зданий и зданий и сооружений коммунально-бытового назначения для переоценки основных фондов [86].
К недостаткам изложенного метода можно отнести неточное определение физического износа конструкций и элементов, подвергшихся косметическому капитальному ремонту.
Помимо описанных выше достаточно простых подходов к оценке физического износа существуют объективные и субъективные методики, использующие более сложный математический аппарат.
Так к подобным объективным методам можно отнести описание процесса физического износа здания дифференциальным уравнением Болотина С.А. Достаточно подробно этот метод изложен в [2]. Трудоемким субъективным подходом можно признать метод экспертных оценок. Сущность его раскрыта в [87].
С учетом особенностей эксплуатации рассматриваемых в работе зданий в качестве метода оценки их физического износа был принят подход по сводным таблицам визуальных признаков, приведенных в ВСН 56-86(р) [16].
Сопряженной с задачей оценки физического износа здания является задача прогнозирования его остаточного срока службы. В [62] отмечается, что в практике решение данной задачи дается исходя из сравнения величин физического износа и норм амортизации: Тост=100-1,4-Ф/у, (2.3) где Тост - остаточный срок службы здания, лет; Ф - физический износ здания, %;j - ежегодная норма амортизации, %. Однако методика базируется на принципах советской плановой экономики и, вряд ли, может быть применена для современных расчетов. В этой связи большей практической значимостью обладает уравнение, приведенное в [87]: где t - фактический срок эксплуатации здания, лет; Гсл - его общий срок службы, лет; Ф - физический износ здания в абсолютном выражении.
Решение уравнения (2.3) относительно Гсл и вычитание из полученной величины фактического срока эксплуатации здания позволяют успешно справиться с обозначенной задачей.
Вместе с тем Нечаевым Н.В. в [62] показано, что оценка остаточного срока службы здания по величине общего физического износа здания в подавляющем большинстве случаев является некорректной. Связано это с наличием несоответствия между характером общего физического износа здания и его несменяемых конструктивных элементов - фундаментов, стен, лестниц и др.
Кривая зависимости истинного фактического износа от времени представлена на рисунке 2.22 (кривая 3) и, как видно, имеет пилообразную характеристику. Спады на этой кривой соответствуют текущим и капитальным ремонтам здания. Характер же износа несменяемых элементов здания наиболее близок к осредненному износу здания. Графическое представление ос-редненного физического износа дано на рис. 2.22 (кривая 2) в виде параболической кривой, соединяющей точки начала и конца эксплуатации здания. В результате остаточный срок службы, рассчитанный по общему износу, будет существенно отличаться от вычислений, опирающихся на износ несменяемых элементов.
Определение области изменения факторов. Выбор плана вычислительного эксперимента
С помощью теплофизических расчетов с учетом сопротивления теплопередаче существующей конструкции чердачного перекрытия рассматриваемых зданий определена толщина дополнительного слоя утеплителя, которая для домов 1-447, 1-464 серий, а также 111-90 серии с холодным чердаком составила 0,20 м, а для зданий 111-90 серии с теплым чердаком - 0,10 м. Эти величины и были приняты в качестве верхнего предела варьирования данного фактора для соответствующих зданий. Нижний предел варьирования второго фактора принят равным нулю из условия, что дополнительное утепление чердачного перекрытия не производилось. На основном уровне взято среднее значение толщины теплоизоляционного слоя, что составило 0,10 м и 0,05 м для соответствующих типов рассматриваемых зданий. Таким образом, уровни варьирования второго фактора выглядели следующим образом: 0,00 (-1); 0,10(0); 0,20 (+1) и 0,00 (-1); 0,05(0); 0,10 (+1). Верхний предел варьирования четвертого фактора (X4) - толщина слоя дополнительной теплоизоляции цокольного перекрытия (5цокДОП, м), принят по аналогии с первыми двумя факторами. С учетом величины требуемого сопротивления теплопередаче 4,044 (м2С)/Вт, рассчитанного по современным нормам, к существующему сопротивлению теплопередаче цокольного перекрытия рассматриваемых зданий предусмотрено дополнительное утепление минераловатными плитами марки изофлор (110кг/м3; 0,042 Вт/(м2-С)) фирмы «ISOROC» со стороны подвала, включающее защитный слой в виде штукатурки из цементно-песчаного раствора толщиной 0,02 м по металлической сетке и слой утеплителя толщиной 0,10 м, которая была принята в качестве верхнего предела варьирования этого фактора (рис. 3.3).
Конструктивное решение утепления цокольного перекрытия Нижний предел данного фактора при условии отсутствия теплоизоляционного слоя также принят равным нулю, а на основном уровне взято среднее значение факторов. Таким образом, уровни варьирования третьего фактора выглядели следующим образом: 0,00 (-1); 0,05(0); 0,1 (+1).
Для определения пределов варьирования пятого фактора (Х5) принято, что, соответственно, остекления балкона может не быть вовсе (нижний уровень); оно будет осуществляться одинарным остеклением из обычного стекла в алюминиевом переплете - 0,18 (м2-С)/Вт [81] (средний уровень); оно заполняется однокамерным стеклопакетом в одинарном ПВХ переплете из обычного стекла - 0,35 (м20С)/Вт [81] (верхний уровень). Таким образом, уровни варьирования пятого фактора выглядели следующим образом: 0; 0,18; 0,35. При этом следует отметить, что помимо остекления предполагалась замена решетчатого ограждения балконов в зданиях серий 1-447 и 1-464 на композитные сэндвич-панели с сопротивлением теплопередаче 1,32 (м2-С)/Вт.
Для определения пределов варьирования последнего шестого фактора (Х6) предполагалось, что изначально система отопления рассматриваемых зданий не имеет термостатов и авторегулирования на вводе, а регулирование производится в ЦТП или котельной, что соответствует значению t, = 0,5 [80] (нижний уровень). На основном уровне считалось, что модернизация системы отопления включает устройство центрального авторегулирования на вводе с коррекцией по температуре внутреннего воздуха, в этом случае значение = 0,7 [80]. На верхнем уровне принято оснащение системы отопления термостатами и устройство пофасадного авторегулирования на вводе, что соответствует значению 4 = 1 [80]. Таким образом, уровни варьирования шестого фактора выглядели следующим образом: 0,5; 0,7; Из-за неодинакового расстояния от основного до нижнего и верхнего уровней для факторов Х4, Х5, Х6 перед кодированием производился переход к псевдофакторам, соответственно, Х4, Х5, Х6 .
Переход к кодированным значениям факторов от натуральных значений ХІ проводился по соотношению: где ХІО - натуральное значение /-го фактора на основном уровне, определяемое как полусумма значений верхней и нижней границы области определения фактора; J - натуральное значение полуинтервала варьирования /-го фак тора, определяемое как полуразность верхней и нижней границы области определения фактора.
Значения откликов предполагалось получить на основе вычислительных экспериментов. Для этого по специальному плану выполнялись расчеты выбранных откликов по методике, изложенной ниже.
При выборе плана вычислительного эксперимента учитывалась необходимость получения адекватного математического описания рассматриваемой зависимости и по возможности сокращение числа вычислений.
Для описания поверхности откликов Yqi =f(X\, Х2, Х3, Х\, Х5, Х6) проведены шестифакторные вычислительные эксперименты по плану второго порядка. При этом использован композиционный трехуровневый симметричный план, имеющий достаточно высокую эффективность по основным статистическим критериям (е = 0,932) и включающий 44 опыта [11]. План эксперимента приведен в табл.3.1.
Особенности экономической оценки термомодернизации зданий в условиях современных рыночных отношений
Как видно из рисунка 5.7, структура денежного потока затрат представляет собой ниспадающую кривую с незначительной пульсацией.
Подобное поведение, свидетельствует о том, что начинать реализацию программы термомодернизации следует с достаточно протяженных и, как следствие, затратных зданий, но при этом дающих существенную экономию. Впоследствии необходимо постепенно за два подхода переходить к зданиям с сопоставимым соотношением затрат и достигаемой экономии, но меньшего объема, что позволит снизить затраты на реализацию.
В итоге суммарные затраты на термомодернизацию всего опорного жилищного фонда г.Тамбова в течение 10 лет составят 11 067 500 000 руб.
Индекс доходности инвестиций за 24 года составит 1,32. Это свидетельствует о том, что каждый вложенный рубль даст 32 копейки чистой экономии.
Регламентируемые уровни теплозащитных качеств ограждений зданий оказываются экономически актуальными не только в новом строительстве, но и при термомодернизации существующих. Однако сравнительно высокие сроки окупаемости теплозащитных мероприятий в эксплуатируемых жилых домах существенно снижают их инвестиционную привлекательность и могут стать серьезной проблемой в развитии энергосервисных отношений.
В целом можно сказать, что предложенная методика позволяет гибко планировать реализацию программы термомодернизации группы жилых зданий градостроительного образования. Найденные с ее помощью оптимизированные решения позволяют разумно направлять денежные потоки на термомодернизацию зданий в условиях дефицита инвестиционных средств.
Практические рекомендации по термомодернизации зданий жилищного фонда градостроительного образования (на примере г.Тамбова)
Термомодернизация зданий, под которой подразумевается комплекс строительных работ, направленных на приведение теплотехнических показателей всех ограждающих конструкций и инженерного оборудования к современным требованиям без изменения объемно-планировочного решения здания, должна включать в себя следующие этапы:
Натурное обследование зданий должно заключаться в определении теплотехнических характеристик ограждающих конструкций и технического состояния с выявлением остаточного срока службы, позволяющего принять решение о целесообразности проведения термомодернизации. Желательно, чтобы данный вид работ выполняла проектная организация, которая будет разрабатывать проект термомодернизации.
Производство работ должно производиться только согласно проектам, разрабатываемым проектными организациями. Они состоят из исходных материалов, включающих в себя все данные о доме, необходимые для разработки проекта, и материалов с детальной проработкой узлов конструкций, подлежащих термомодернизации, с целью минимизации количества термических мостиков.
В ходе работы над проектной документацией на термомодернизируемое здание должен быть составлен энергетический паспорт - главный документ, подтверждающий соответствие проекта нормативным требованиям по энергосбережению.
В обязательном порядке проект термомодернизации должен включать в себя дополнительное утепление наружных стен, чердачных перекрытий, замену оконных и дверных балконных заполнений, модернизацию системы отопления здания.
При термомодернизации всего опорного жилищного фонда города следует разработать подробную стратегию реализации программы с описанием типа, числа секций и параметров тепловой защиты зданий, термомодернизируемых в течение каждого конкретного года активной фазы работ.
Так при термомодернизации опорного жилищного фонда г.Тамбова, в своей массе состоящем из многоквартирных жилых домов серий 1-447, 1-464 и 111-90, стартуемой в 2011г., в течение активной фазы, равной 10 годам, и временем всей программы, равной 24 годам, следует придерживаться следующей стратегии: начинать термомодернизацию в 2011г. следует с 5-этажных жилых домов 1-447 и 1-464 серий, состоящих из 6, 7, 8 и 8, 12 секций соответственно, а также жилых домов серии 111-90, состоящих из 5, 6, 7 секций для зданий с холодным чердаком, 6, 7, 8 секций для 9-этажных зданий с теплым чердаком и 5 секций для 10-этажных зданий с теплым чердаком. При этом наружные стены следует утеплить минераловатными плитами марки «Изовент» ЗАО «ISOROC» толщиной 0,16 м, а чердачные перекрытия утеплить минераловатными плитами марки «Изоруф» ЗАО «ISOROC» толщиной 0,1 м для зданий серии 111-90 с теплым чердаком и 0,2 м для всех остальных. Произвести замену существующих окон на конструкции, выпускаемые фирмой «VEKA», из ПВХ профиля VENTEC с двухкамерным стеклопакетом с приведенным сопротивлением теплопередаче 0,54 (м2оС)/Вт. Произвести модернизацию системы отопления с установкой прибора учета; на следующий второй год программы следует термомодернизировать 5-этажные жилые дома 1-447 и 1-464 серий, также 9-этажные 111-90 серии с холодным и теплым чердаком состоящие из 6; 6; 4 и 5 секций соответственно. При этом следует наружные стены утеплить минераловатными плитами марки «Изоветн» ЗАО «ISOROC» толщиной 0,16 м. Чердачные перекрытия утеплить минераловатными плитами марки «Изоруф» ЗАО «ISOROC» толщиной 0,197 м; 0,2 м; 0,2 м и 0,1 м соответственно. Произвести замену существующих окон конструкции, выпускаемые фирмой «VEKA», из ПВХ профиля VENTEC с двухкамерным стеклопакетом с приведенным сопротивлением теплопередаче 0,54 (м2оС)/Вт. Произвести модернизацию системы отопления с установкой прибора учета; на третий год программы следует перейти к 5-этажным жилым домам 1-447 серии, состоящим из 5 секций; 1-464 серии, состоящим из 4 и 5 секций; домам серии 111-90 с теплым чердаком, состоящими из 5 секций для 9-этажных и 4 - для 10-этажных. При этом следует наружные стены утеплить минераловатными плитами марки «Изоветн» ЗАО «ISOROC» толщиной 0,16 м. Чердачные перекрытия утеплить минераловатными плитами марки «Изоруф» ЗАО «ISOROC» толщиной 0,194 м, 0,2 м и 0,1 м соответственно. Произвести замену существующих окон конструкции, выпускаемые фирмой «VEKA», из ПВХ профиля VENTEC с двухкамерным стеклопакетом с приведенным сопротивлением теплопередаче 0,54 (м2С)/Вт. Произвести модернизацию системы отопления с установкой прибора учета;
