Вопросы совершенствования методов расчёта процессов тепломассообмена в ограждающих конструкциях и повышения энергоэффективности зданий рассмотрены в работах многих исследователей, в том числе В. Н. Богословского, В. Г. Гагарина, Т. А. Дацюк, Ю. Я. Кувшинова, Е. Г. Малявиной, А. Г. Перехоженцева, Г. М. Позина, В. А. Пухкала, Ю. А. Табунщикова [1–9] и др.

Однако вышеуказанные исследования посвящены преимущественно современным зданиям и строительным конструкциям. Что касается изучения особенностей тепломассообмена в ограждающих конструкциях так называемых «исторических» зданий, то, в основном, исследованы уникальные здания с использованием натурных и математических методов, как описано, например, в [10].

Поскольку особый исторический облик городов сформирован также и жилыми зданиями, то в настоящее время, в связи с неизбежной реконструкцией в направлении повышения энергоэффективности, актуальным становится исследование теплотехнических характеристик ограждающих конструкций данной категории зданий.

Известно, что своеобразный архитектурный облик Санкт-Петербурга во многом определяется жилыми зданиями дореволюционной постройки, так называемыми «доходными домами» [11]. Жилищным комитетом Администрации СанктПетербурга принята Региональная программа капитального ремонта многоквартирных жилых домов до 2035 года [12], в которую включено более 3000 жилых зданий дореволюционной постройки. Учитывая, что действующие требования по тепловой защите зданий не распространяются на данную категорию зданий, в программу включены работы по капитальному ремонту систем отопления.

Как известно, тепловая нагрузка системы отопления здания определяется на основании теплотехнических характеристик ограждающих конструкций. В работе [13] автором с использованием натурных, лабораторных и численных экспериментов получены коэффициенты теплопроводности кирпича, производимого на заводе «Громов и К°» в конце XIX и начале XX века. Среднее значение коэффициента теплопроводности кирпича в сухом состоянии (средняя плотность 1956 кг/м³) составляет 0,57 Вт/(м·K). Для сравнения можно использовать справочные данные для современного кирпича керамического в сухом состоянии при плотности 1800 кг/м³, для которого коэффициент теплопроводности составляет 0,55 Вт/ (м·K). Также определены коэффициенты сопротивления теплопередаче наружных стен из этого кирпича в зависимости от толщины кладки (табл. 1).

Тепловые характеристики жилых зданий дореволюционной постройки. 7/2019. Фото 1

На основании данных исследований, а также анализа расчётного и фактического теплопотребления 11 жилых зданий дореволюционной постройки (с 1806 по 1917 годы) за 2017–2018 годы, получены удельные характеристики расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию, определённые по формуле (рис. 1):

Тепловые характеристики жилых зданий дореволюционной постройки. 7/2019. Фото 2

где kоб — удельная теплозащитная характеристика здания, Вт/( м³·K); kвент — удельная вентиляционная характеристика здания, учитывающая количество поступающего в здание наружного воздуха за счёт вентиляции и инфильтрации, организацию притока воздуха, характеристики воздухопроницания элементов оболочки здания; kбыт — удельная характеристика бытовых тепловыделений; kрад — удельная характеристика теплопоступлений в здание от солнечной радиации; ν — коэффициент снижения теплопоступлений за счёт тепловой инерции ограждающих конструкций; χ — коэффициент эффективности авторегулирования подачи теплоты в системах отопления, учитывает тип и оснащение систем теплоснабжения и внутридомового отопления; βn — коэффициент, учитывающий дополнительное теплопотребление системы отопления в зависимости от показателей системы отопления и геометрических характеристик здания.

Тепловые характеристики жилых зданий дореволюционной постройки. 7/2019. Фото 3

Коэффициент снижения теплопоступлений за счет тепловой инерции ограждающих конструкций определён:

ν = 0,7 + 0,000025(ГСОП — 1000), (2)

где ГСОП — градусо-сутки отопительного периода, °C·сут. [14].

На рис. 2 приведены расчётные kоб и требуемые kобтр по современным нормативным документам [15] удельные теплозащитные характеристики зданий. Значения удельной теплозащитной характеристики зданий преимущественно зависят от этажности и составляют 0,3–0,6 Вт/( м³·K). Чем больше этажей, тем ниже величина теплозащитной характеристики — от 0,3–0,45 для четырёх-, пяти- и шестиэтажных зданий до 0,37–0,6 Вт/ ( м³·K) для двух- и трёхэтажных.

Тепловые характеристики жилых зданий дореволюционной постройки. 7/2019. Фото 4

Сравнение данных для зданий дореволюционной постройки с результатами расчётов по современным нормативным документам показывает существенно более низкие фактические теплозащитные характеристики исследуемых зданий. Однако, поскольку изменить теплозащитные характеристики наружных стен не представляется возможным вследствие исторической уникальности, поставлена задача изучения специфики теплопотребления зданий и установления удельных расходов для данной категории зданий для дальнейшего использования при разработке проектов капитального ремонта систем отопления.

Результаты расчёта удельных расходов на отопление и вентиляцию доходных домов в сравнении с нормативными данными для современных зданий приведены на рис. 3. Расчётные удельные расходы на отопление и вентиляцию доходных домов составляют от 0,5 до 0,92 Вт/( м³·K). Учитывая современный показатель нормативного значения удельного расхода на отопление и вентиляцию 0,32–0,41 Вт/ ( м³·K), данные здания можно было бы отнести к классам энергосбережения D и E.

Тепловые характеристики жилых зданий дореволюционной постройки. 7/2019. Фото 5

Заключение

Здания «доходных домов» представляют собой особую категорию объектов, определяющих своеобразный архитектурный облик Санкт-Петербурга. Результаты исследований показывают, что значения удельной теплозащитной характеристики зданий составляют 0,3–0,6 Вт/( м³·K), что не соответствует современным требованиям вследствие низких теплозащитных характеристик отдельных элементов оболочки. Расчётные удельные расходы на отопление и вентиляцию доходных домов составляют от 0,5 до 0,92 Вт/( м³·K), что существенно превышает современный показатель нормативного значения удельного расхода на отопление и вентиляцию подобных зданий 0,32–0,41 Вт/( м³·K). Жилые здания дореволюционной постройки можно отнести к классам энергосбережения D и E.