Официальный сайт журнала "Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века" Официальный сайт журнала "Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века" Официальный сайт журнала "Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века" Официальный сайт журнала "Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века" Официальный сайт журнала "Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века" Официальный сайт журнала "Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века" Официальный сайт журнала "Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века" Официальный сайт журнала "Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века" Официальный сайт журнала "Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века" Официальный сайт журнала "Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века" Официальный сайт журнала "Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века" Официальный сайт журнала "Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века"  
 
Главная О журнале Авторам О редакции Свежий номер Архив Наши партнеры Поиск открытых статей
               

Журнал включен в базу данных РИНЦ и международную систему цитирования Chemical Abstracts, признаваемую ВАК

 
   
 
   
 
 
 
 
 

НАШИ ИЗДАНИЯ
 
 
 
 
 
 
 
 
24-27

УДК 699.86

Анализ экономической целесообразности применения различных ограждающих конструкций зданий

 

В.П. ЯРЦЕВ, доктор техн. наук, профессор, С.А. СТРУЛЕВ, ст. преподаватель, А.А. МАМОНТОВ, ст. преподаватель, И.А. СТРУЛЕВА, аспирант, кафедра «Конструкции зданий и сооружений» ФГБОУ ВО «Тамбовский государственный технический университет»; А.В. ЖЕРЕБЦОВ, начальник технического отдела, Е.О. ПОПИНАКО, технический специалист, ООО «ПЕНОПЛЭКС СПб»

Ключевые слова: энергоэффективность, теплоизоляция, ограждающая конструкция, минеральная вата, экструдированный пенополистирол
Keywords: energy efficiency, thermal insulation, enclosing structure, mineral wool, extruded polystyrene

Данная работа посвящена оценке энергетической эффективности и экономической целесообразности практического применения различных решений ограждающих конструкций на основе плит из минеральной ваты и экструзионного пенополистирола. Анализ проведен на основе данных, полученных при натурных испытаниях в течение одного года полноразмерных стендов.

Экономическое обоснование применения того или иного теплоизоляционного материала в ограждающих конструкциях зданий и сооружений можно разделить на три основные составляющие. Во-первых, стоимость материала и затраты на его монтаж при ведении строительных работ. Во-вторых, долговечность материала и, как следствие, количество затрат на его ремонт и замену. И наконец, в-третьих, энергетическая эффективность принятого конструктивного решения ограждения, которое позволяет снизить затраты на отопление зданий.

Как правило, специалисты, работающие в данной области, не берут в расчет второй и третий факторы, а принимают решение, основываясь на сравнении стоимости теплоизоляционного материала и его монтажа. Однако расчеты показывают, что гораздо больший вклад в экономическую эффективность материала вносят именно эти неучтенные факторы. В условиях мировых и российских тенденций по снижению вредных выбросов, повышению энергоэффективности, развитию зеленого строительства и защите окружающей среды, а также в условиях посткризисного развития экономики выбор теплоизоляционного материала для ограждающих конструкций без учета всех действующих факторов представляется непозволительной роскошью.

ris1.tif

Рис. 1. Общий вид исследовательского полигона: стенды типов 1.1, 1.2, 2.1 и 2.2

В связи с вышеизложенными соображениями авторами был проведен сравнительный анализ широко распространенных на практике конструктивных решений ограждений зданий на основе оценки их эксплуатационных параметров в условиях реальной работы. В рамках этого анализа авторы постарались учесть все три значимо действующих фактора. Были проведены натурные испытания для оценки энергоэффективности различных утеплителей в ограждающих конструкциях и лабораторные исследования длительных характеристик теплоизоляционных материалов, в том числе и их долговечности.

Для сравнения были приняты наиболее часто применяемые конструктивные решения ограждений при строительстве малоэтажных жилых и общественных зданий на территории Тамбовской области. В качестве утеплителя применялись плиты минеральной ваты и экструдированный пенополистирол. Для проведения натурных исследований был создан испытательный полигон, состоящий из стендов различной конструкции (рис. 1). Стенды типов 1.1, 1.2, 2.1 и 2.2 представляют собой модель малоэтажного дома с бесчердачным покрытием, схема которого приведена на рис. 2.

ris2.eps

Рисунок 2. Схема испытательных стендов типов 1.1, 1.2, 2.1 и 2.2

Строения испытательного полигона отличаются видом используемых теплоизоляционных материалов и конструктивными решениями ограждений, представленных на рис. 3. Подробнее о методике проведения натурных исследований рассказано в работе [1].

Для оценки экономичности принятых конструктивных решений был проведен мониторинг розничных цен исследуемых материалов и стоимости монтажа фасадных конструкций на рынке Тамбовской области. В табл. 1 и 2 приведены цены на теплоизоляционные материалы в розничной сети по состоянию на декабрь 2017 г., стоимость работ по монтажу учитывается по данным мониторинга установленных цен подрядных организаций.

Для домов, построенных по каркасной технологии (типы 2.1 и 2.2), конструкция ограждений отличается только видом и толщиной утеплителя, а трудозатраты на их изготовление и монтаж сопоставимы, поэтому при оценке экономичности на стадии производства работ по возведению каркасно-панельных зданий достаточно сравнить стоимость теплоизоляционных материалов.

ris3.tif

Рис. 3. Ограждающие конструкции стен натурных испытательных стендов:
1 – газосиликатный блок марки Д400; 2 – ПЕНОПЛЭКС® ФАСАД; 3 – штукатурная фасадная система CERESIT; 4 – ИЗОРОК ПП-60; 5 – система крепления вентилируемого фасада «Металлопрофиль»; 6 – керамогранит; 7 – воздушный зазор; 8 – ЦСП; 9 – ПЕНОПЛЭКС ОСНОВА® и деревянный каркас; 10 – ПВХ-сайдинг; 11 – ИЗОРОК П75; 12 – ПЕНОПЛЭКС ОСНОВА® и деревянный каркас

В табл. 1 приведены цены на теплоизоляционные материалы и работы по устройству фасадных систем для испытательных стендов типа 1.1 (Система фасадная теплоизоляционная композиционная (СФТК) с наружными штукатурными слоями и плитами ПЕНОПЛЭКС®) и типа 1.2 (вентилируемый фасад с плитами минеральной ваты).

Из табл. 1 видно, что наиболее дорогостоящим является экструзионный пенополистирол. Его стоимость приблизительно в 1,7-1,8 раза больше, чем минеральной ваты.

Для учета затрат на стадии эксплуатации зданий с различными видами утеплителя в ограждающих конструкциях необходимо сравнить долговечность рассматриваемых материалов. Чем она меньше, тем чаще нужно проводить ремонтные работы. Для простоты расчетов не будем учитывать возможность возникновения различных форс-мажорных обстоятельств, а сравним лишь количество вынужденных замен утеплителя в конструкциях стен при одинаковой капитальности здания с учетом долговечности теплоизоляционных материалов. При проведении сравнительного анализа необходимо учитывать, что заявленная производителем долговечность не всегда соответствует действительности.

Так, заявленный срок эксплуатации плит минеральной ваты и ПЕНОПЛЭКС® составляет 50 лет. Однако с учетом воздействия таких эксплуатационных факторов, как высокие напряжения и температуры, а также агрессивность среды, реальная долговечность этих материалов может составить 15-20 лет для плит из минеральной ваты и не менее 30 лет для экструзионного пенополистирола. Ранее [2] было показано, что экструзионный пенополистирол ПЕНОПЛЭКС® в рассматриваемых условиях должен прослужить не менее 30 лет. В табл. 3 приведены расчеты эксплуатационных затрат на замену утеплителей при их различных сроках службы.

Из табл. 1 и 2 видно, что, несмотря на большую стоимость экструзионного пенополистирола, конечная стоимость монтажа фасадных систем с его применением ниже. Это объясняется высокой трудоемкостью монтажа вентилируемых фасадов и стоимостью комплектующих.

Таблица 1. Технико-экономические показатели ограждающих конструкций с различными фасадными решениями (испытательные стенды типов 1.1 и 1.2)

Тип фасадной системы

Тип утеплителя / толщина, мм

Стоимость утеплителя, руб./м3

Стоимость фасадной системы, руб./м2

Стоимость работ по монтажу, руб./м2

Итого, руб./м2

СФТК (Система фасадная теплоизоляционная композиционная с наружными штукатурными слоями)

ПЕНОПЛЭКС / 100 мм

4500

1200

1500

3150

Навесной вентилируемый фасад, облицовка керамогранит

ИЗОРОК

ПП-60 / 120 мм

2500

1900

1900

4100

Таблица 2. Технико-экономические показатели ограждающих конструкций каркасных домов с различными утеплителями (испытательные стенды типов 2.1 и 2.2)

Вид утеплителя

Толщина утеплителя, мм

Стоимость материала, руб./м3

Стоимость с учетом толщины, руб./м2

Плиты минеральной ваты П-75

150

2500

375

ПЕНОПЛЭКС®

120

4500

540

Учитывая, что срок службы теплоизоляционных материалов измеряется интервалом, то наступление критического события возможно в разное время. В табл. 3 и 4 рассчитаны затраты на ремонт для каждого из выбранных утеплителей и фасадных систем при пессимистичном и оптимистичном вариантах развития событий. Оптимистичный вариант развития событий соответствует заявленной производителем долговечности теплоизоляционных материалов. Пессимистичный отражает снижение сроков эксплуатации под воздействием неблагоприятных факторов среды различной интенсивности. Если предположить, что вероятность развития событий по тому или иному сценарию одинакова, то в качестве ожидаемых затрат за период эксплуатации можно принять среднее арифметическое значение (см. табл. 3 и 4). Однако следует отметить, что из-за меньшей прочности, большей чувствительности к воздействию влаги и хрупкости плиты из минеральной ваты более подвержены воздействию неблагоприятных факторов, а следовательно, и сокращению времени их реальной эксплуатации. В этом случае можно сделать вывод, что уменьшение расходов на замену утеплителя в процессе эксплуатации здания при использовании экструзионного пенополистирола может частично или полностью компенсировать разницу в стоимости используемых материалов. Оценить влияние данного факта в численном выражении на данном этапе не представляется возможным ввиду низкой степени изученности вопроса. Для дальнейшего анализа примем, что сценарии развития событий равновероятны.

Таблица 3. Сравнительный анализ затрат на ремонт фасадных систем при различных сроках службы утеплителя

Тип фасадной системы

Тип утеплителя / толщина, мм

Срок службы утеплителя до замены, лет

Стоимость ремонта, руб./м2 с учетом замены элементов фасада

Количество ремонтов при сроке службы 50 лет, шт.

Итого стоимость ремонта, руб./м2

Ожидаемые затраты за срок службы 50 лет, руб./м2

Навесной вентилируемый фасад, облицовка – керамогранит

ИЗОРОК ПП-60 / 120 мм

15-25

4100+300 демонтаж

2

8800

8800

35-50

1

4400

4400

СФТК (Система фасадная теплоизоляционная композиционная с наружными штукатурными слоями)

ПЕНОПЛЭКС / 100 мм

30

3150+300 демонтаж

1

3450

3450

50

0

0

0

Таблица 4. Сравнительный анализ затрат на замену утеплителя в стенах каркасных домов при различных сроках его службы

Вид утеплителя и его толщина, мм

Срок службы до замены, лет

Стоимость ремонта без утеплителя / стоимость утеплителя, руб./м2

Количество замен при сроке службы, шт., 50 лет

Итого стоимость ремонта, руб./м2

Ожидаемые затраты за срок службы (50 лет), руб./м2

ИЗОРОК П75 150 мм

15-25

1200/375

2

3150

3150

35-50

1

1575

1575

ПЕНОПЛЭКС® 120 мм

30

1200/540

1

1740

1740

50

0

0

0

В ходе натурных испытаний в течение отопительного периода фиксировался расход электроэнергии на отопление испытательных стендов (табл. 5).

Оценку величины энергопотребления испытательных стендов разных типов производили с учетом их отапливаемых объемов, значения которых приведены в табл. 6.

Таблица 5. Результаты контрольных измерений потребляемой электроэнергии. Дома типов 1.1 и 1.2

Контрольные измерения

Количество потребляемой электроэнергии, кВт⋅ч

Тип стенда

Тип 1.2 (газобетон + вата)

Тип 1.1 (газобетон + ПЕНОПЛЭКС)

Показания счетчика (совокупный показатель), кВт⋅ч

1738,9

1597,3

Разница в показаниях счетчика (совокупный показатель), кВт⋅ч

+141,6

-

Стоимость электроэнергии (совокупные показания), руб. (условный тариф 3,5 руб./кВт⋅ч, вкл. НДС)

6086

5590 (экономия 496 руб.)

Показания счетчика на 1 м3 отапливаемого помещения, кВт⋅ч (с учётом объема)

106,1

97,5

Стоимость электроэнергии (сравнение на единицу объема), руб. (условный тариф 3,5 руб./кВт⋅ч, вкл. НДС)

371,3

341,1 (экономия 30,2 руб.)

Как видно из табл. 6, объемы стендов типа 1 не различаются, а типа 2 – отличаются незначительно (различие составляет менее 1%), что может не учитываться при подведении итоговых результатов.

Приведенные на рис. 4 результаты показывают, что за рассмотренный период стенды всех типов, в которых в качестве утеплителя использовался экструзионный пенополистирол ПЕНОПЛЭКС, отличаются меньшим энергопотреблением (рис. 4).

ris4.eps

Рисунок 4. Энергопотребление испытательных домов различного типа по итогам отопительного периода: 1.1 – дом из газобетона с плитами ПЕНОПЛЭКС и устройством СФТК, 1.2 – дом из газобетона с минераловатным утеплителем и системой вентилируемого фасада, 2.1 – каркасный дом с плитами ПЕНОПЛЭКС, 2.2 – каркасный дом с плитами минеральной ваты

ris5.eps

*условный тариф 3,5 руб./кВт⋅ч, включая НДС
Рисунок 5. Интегральные экономические показатели фасадных систем с учетом эксплуатации домов 50 лет, руб./м2. Стенды типов 1.1 и 1.2

ris6.eps

*условный тариф 3,5 руб./кВт⋅ч, включая НДС
Рисунок 6. Интегральные экономические показатели каркасных домов с учетом эксплуатации 50 лет, руб./м2. Стенды типов 2.1 и 2.2

Подводя итоги, можно отметить, что при оценке общего экономического эффекта от применения того или иного теплоизоляционного материала, помимо учтенных ранее факторов, необходимо принимать во внимание срок эксплуатации здания и его площадь.

На рис. 5 и 6 приведены данные по сводному анализу затрат с учетом всех трех значимо действующих факторов.

Таблица 6. Отапливаемый объем испытательных стендов

Тип

1.1

1.2

2.1

2.2

Отапливаемый объем Vот, м3

16,39

16,39

17,97

17,97

Таким образом, выполненный по аналогии с [3, 4] анализ показывает, что ограждающие конструкции с применением экструзионного пенополистирола отличаются минимальной из рассматриваемых решений стоимостью монтажа, обслуживания и эксплуатации. Это позволяет сделать вывод о высокой экономической целесообразности их применения. Снижение срока службы уменьшает экономический эффект из-за более высокой стоимости ремонта, обусловленной высокими затратами на замену материала. Особенно это характерно для домов с несущей частью стены из газосиликатных блоков, в которых применение дорогостоящих фасадных систем проигрывает на стадии монтажа штукатурным. В любом случае более высокие теплотехнические характеристики ограждающих конструкций с применением экструзионного пенополистирола обеспечивают снижение затрат на отопление и эксплуатацию объекта в целом. Применение минеральной ваты оправданно только в вентилируемых фасадных системах при безремонтной эксплуатации, что представляется весьма маловероятным.

Библиографический список

1. Ярцев В.П. Эксплуатационные свойства и долговечность теплоизоляционных материалов (минеральной ваты и пенополистирола) / В.П. Ярцев, А.А. Мамонтов, С.А. Мамонтов // Кровельные и изоляционные материалы. – 2013, №1, с. 8-11.
2. Ярцев В.П. Анализ влажности различных утеплителей в ограждающих конструкциях здания при эксплуатации в отопительный период / В.П. Ярцев, С.А. Струлев, А.А. Мамонтов // Academia. Архитектура и строительство. – 2013, №4, с. 117-119.
3. Ярцев В.П. Оценка энергоэффективности ограждающих каркасно-щитовых конструкций с различными утеплителями за отопительный период / В.П. Ярцев, С.А. Струлев, А.А. Мамонтов // Кровельные и изоляционные материалы. – 2014, №1(55), с. 26-27.
4. Ярцев В.П. Сравнительный анализ эффективности применения утеплителей в каркасном домостроении / В.П. Ярцев, А.А. Мамонтов // Кровельные и изоляционные материалы. – 2016, №6, с. 32-35.

 
Главная О журнале Авторам О редакции Свежий номер Архив
© 2014 СТРОИТЕЛЬНЫЕ материалы оборудование технологии XXI века