В. К. САВИН, Н.Г. ВОЛКОВА (НИИСФ...

Необходимость выбора новых подходов возникает при оценке эффективности проектных решений, а также расчетах энергозатрат при строительстве и эксплуатации зданий. В существующих экономиках в качестве единицы измерения приняты денежные знаки («резиновая линейка»), что приводит к затратной логистике производственных процессов. Экономические вычисления, производимые в энергетических единицах, киловаттчасах позволяют перевести технологические системы на новый уровень Современное человечество оказалось на рубеже глобальных перемен [1,2]. Многополярный мировой порядок, с пугающим ускорением, приходит на смену однополярному. Мощные многоходовые преобразования в нашей стране базируются на нейтрализации мировых санкций, приводя к позитивному эффекту и способствуя построению мира, основанного на новом подходе к суверенитету и отечественной безопасности. Укрепляются союзы между государствами, такие как ШОС и БРИКС, формируя иные логические цепочки поставки товаров и продукции. Политические, эпидемиологические и климатические чрезвычайные ситуации приводят к значительному импульсу развития государственности нашей страны. Так, необходимость изоляции больных при пандемии привела к строительству десятков госпиталей с красными зонами, что позволило с относительно небольшими потерями выйти из тяжелейшей ситуации. К позитивному опыту следует отнести новые технологии быстровозводимых зданий, основанных на новейших модульных конструкциях, разработанных Министерством обороны РФ. Дальнейшее развитие получило панельное домостроение при восстановлении зданий в разрушенных городских районах, подвергнутых нападению на Донбассе. При глобальных проблемах, с которыми столкнулось человечество, необходимы новые рычаги регулирования хозяйственных систем, с учетом решения многоуровневых задач гармоничного взаимодействия человека и природы. Глобальная «невидимая рука рынка» не в состоянии справиться с острейшими проблемами современности, для решения которых необходима новая модель экономического и политического развития экономики. В данной ситуации целесообразно привлечение энергофизики
– аппарата, разработанного для оценки в энергетических единицах связей хозяйственных систем. Методология энергетического и экономического анализа разработана Савиным В.К., профессором, доктором технических наук, членомкорреспондентом РААСН. Мы сталкиваемся с отсутствием целостного представления о процессе функционирования экономики страны, к рассмотрению принимаются лишь ее отдельные звенья. В существующей экономической системе есть правила для выбора решения (законы), но нет правил для выбора этих правил, которые привели бы к эффективному развитию всей страны и строительства, в частности. Поиск без правил
– тупик. Стратегическая направленность при принятии решений касаются качественного и количественного обновления всего строительного комплекса, изначально обладающего многофакторными связями между смежными отраслями народного хозяйства и наделенного системообразующими и интегрирующими функциями. Принципиальные изменения в строительной сфере окажут позитивное влияние на экономику всего народного хозяйства. По расчетам академика РАН Фортова В.Е. из четырех секторов экономики
– сельского хозяйства, строительства, промышленности и транспорта
– доля строительной отрасли составляет 60%. Следовательно, внутренний валовый продукт (ВВП) страны и благосостояние людей в основном зависят от строительства. Ниже представлены некоторые элементы новой идеологии и принципов расчета, оптимизации и минимизации суммарных энергозатрат при строительстве и эксплуатации зданий со сроком их эксплуатации до 100 лет. Создание на этой основе проблемноцелевой программы позволит минимизировать энергозатраты и в разы увеличить объемы строительства. Посредством энергии осуществляются все объектные преобразования в течение жизненного цикла здания. На основе балансового уравнения получены четыре критерия (безразмерные цифры), которые преобразуют в единое целое различные многочисленные факторы [3]. В строительной отрасли предлагается использование безразмерных цифровых уравнений, позволяющих обеспечить наименьшие затраты первичных источников энергии. В идеальном варианте необходимо совместное рассмотрение всех составляющих элементов энергопереноса в системе из безразмерных цифровых уравнений, определяющих эксплуатацию здания с целью обеспечения его максимальной энергетической эффективности. Все экономические вычисления следует производить в энергетических единицах
– киловаттчасах. Сейчас экономики основаны на затратных технологиях, в которых в качестве единицы измерения приняты денежные знаки («резиновая линейка»). Мироустройство экономики должно основываться на накопленных знаниях в области науки и культуры, соединенных в единое целое, что даст возможность создать качественно новую модель ведения народного хозяйства. Любой элемента оболочки здания может быть описан простой формулой, учитывающей межотраслевые и междисциплинарные связи и их взаимное влияние на процесс переноса энергии через ограждения и в целом через здание. Природа и человек в этой модели должны находиться в гармонии. Такой путь производства товаров связан с эффективным развитием страны на основе цифры (минимизации энергозатрат) и образа (культуры производства). Определяющая задача состоит в том, чтобы на основе цифровой экономики при одних и тех же ресурсах увеличить объемы строительства в разы, обеспечив при этом безопасное и комфортное проживание людей в помещениях и в целом в районах застройки, не нанося вред природе. Новая глобальная социальная, экономическая и климатическая реальность, с которой столкнулось мировое сообщество, усложнила решение задач, стоящих перед учеными, проектировщиками и специалистами строительной отрасли. С. К. Шойгу в академгородке г. Новосибирска обозначил необходимость строительства в Сибири крупных городов, с населением от 300 тысяч человек и более до 1 миллиона. При реализации этой задачи следует учитывать последние научные достижения и опыт проектирования современных комфортных и безопасных жилых зданий, разработанных с учетом энергосберегающих цифровых технологий, междисциплинарных связей и высокой степени вероятности сюрпризов погоды в виде различных аномалий, увеличивающих напряжение при принятии стратегических решений в строительстве. Городская территория делится на промышленную и селитебную зоны. Единицей селитебной зоны может быть микрорайон или жилой район. На территории микрорайона размещаются жилые дома, учреждения и пункты повседневного обслуживания населения. Жилой район состоит из нескольких микрорайонов с общим центром и культурнобытовыми учреждениями. Микрорайон представляет собой объемную целостную систему архитектурнохудожественных форм, которые выражают эстетические, функциональные и конструкционные композиции. В области градостроительного проектирования районов застройки накопилось множество задач и проблем, которые необходимо решать в ближайшее время. Эти проблемы обозначены в федеральных законах №184ФЗ «О техническом регулировании» и №261ФЗ «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности». В первую очередь, с точки зрения безопасности и энергосбережения, необходима разработка технического регламента градостроительного проектирования, в основе которого должны лежать Градостроительный кодекс РФ и новые социальноэкономические отношения в стране. Основной задачей градостроительного проектирования является создание комфортных и безопасных условий проживания граждан, которые должны быть обеспечены с максимальным эффектом и минимальными суммарными затратами энергии на строительство и эксплуатацию района застройки. Наша страна обладает значительными территориями и при строительстве зданий в малонаселенных местностях наиболее комфортным и эффективным для большей части населения может оказаться малоэтажное строительство, при соблюдении экологических составляющих места застройки [4]. Основными источниками загрязнения воздушной среды являются автомобильный, железнодорожный и авиационный транспорт, промышленные предприятия. Повышенный уровень шума может приводить жителей к заболеваниям. При проектировании городов и рабочих поселков серьёзное внимание следует уделять естественному освещению и солнечной инсоляции жилищ. Некоторые сложности могут возникать с инфраструктурой. В этом случае, для строительства дорог возможно и целесообразно применение материалов, подвергнутых вторичной переработке, т. е. первоначально утилизированных. Дорожные покрытия обладают значительным потенциалом в части использования материалов, исчерпавших свой жизненный ресурс. Проектирование зданий и сооружений начинается с документа СНиП 2301 «Строительная климатология», обслуживающего большую часть строительных нормативных документов, являясь фундаментом хозяйственной жизни страны [5]. Для жизнедеятельности людей этот основополагающий документзакон позволяет проектировщикам обеспечивать территориальное обустройство страны, характеризуемое градостроительными, экономическими, экологическими, социальными, моральноэтическими и другими показателями. К ним относится климатическое обоснование проектов планировки и застройки населенных мест, выбор архитектурнопланировочных решений зданий и сооружений, проектирование ограждающих конструкций, определение нагрузок и воздействий, использование строительных материалов и т.д. Строительные климатические нормативы базируются на информации организаций Росгидромета, что позволяет проводить расчеты для обеспечения энергоэффективности зданий, эффективного использования материальных и топливноэнергетических ресурсов, используя почасовые, месячные и годовые климатические показатели, в том числе и градусосутки отопительного периода. С дующей климатической информации, при необходимости, идет уточнение границ строительного районирования, с учетом комплексного подхода к рассмотрению основных климатических параметров, используемых при проектировании и строительстве зданий. Информация об аномальных климатических воздействиях востребована при обеспечении надежности и долговечности строительных объектов [6]. В строительных нормах отражено устойчивое состояние климатической системы территории РФ. Климатические перемены принято оценивать через изменение средней температуры приземного воздуха территории. Специалисты строительной отрасли чаще других нормативных параметров применяют температуру воздуха наиболее холодной пятидневки, влияющей на принятие стратегических решений при строительстве и эксплуатации зданий и сооружений, по динамике изменения холодной пятидневки можно судить об устойчивости климата данной территории в холодный период года. Анализ климатического норматива за период разработки документов СНиП «Строительная климатология» с 60х годов XX века и до настоящего времени показал, что для большинства городов РФ темп потепления составляет 0,25 ˚С за десятилетие и ниже. Незначительное потепление за рассматриваемый период наблюдается на большей части территории РФ; максимальное
– в Республике Саха (Якутия) и Нижегородской области
– 4˚С и более. Средняя скорость изменения температуры воздуха наиболее холодной пятидневки за десятилетие для Оймякона и ряда других пунктов Крайнего Севера достигает величины 0,42˚С за десятилетие, что вызывает необходимость мониторинга состояния вечной мерзлоты таких территорий, в зонах застройки, дорог и коммуникаций. В тоже время, в ряде пунктов территории РФ за рассматриваемый период наблюдается похолодание: максимальное
– в Архангельской области
– до 3˚С; относительно небольшое
– до 1˚С в Белгородской области. Перенос тепла и массы из помещений зданий наружу осуществляется при постоянных параметрах внутреннего воздуха и переменных наружного. Параметры внутреннего микроклимата воздуха, создающие комфортные условия пребывания человека в помещении, являются исходными данными для расчета тепломассопереноса через оболочку здания. Микроклимат помещений зданий характеризуется состоянием внутренней среды помещения, которая должна удовлетворять физиологическим и психологическим потребностям человека и обеспечивать минимальные стандартные качества жизни. Жилище человека, в котором он проводит 7080% своей жизни, должно быть экологически чистым, защищать людей от вредных воздействий шума и химических веществ, возникающих в помещениях вследствие применения некачественных материалов. Пребывание людей в помещении должно вызывать положительные эмоции, соответствовать их духовным запросам, санитарногигиеническим регламентам и требованиям. Жилище, как среда обитания людей, среда жизнедеятельности человека, должно отвечать не только требованиям гигиены и культурного быта, но и способствовать восстановлению творческих сил и здоровья населения. Микроклимат помещений создается с помощью ограждающих конструкций зданий и систем обеспечения необходимого теплового, воздушного и светового режимов. Наружные строительные конструкции должны: совместно с системами отопления и вентиляции обеспечивать в помещениях зданий требуемый тепловой и воздушный режим (комфорт); не допускать конденсации водяных паров внутри конструкций или на их внутренних поверхностях; обеспечивать в помещениях необходимый световой и акустический комфорт; обеспечивать наибольшую теплозащиту при эксплуатации здания и наименьшую энергоемкость при их создании; обладать высокой долговечностью и ремонтопригодностью. Перед проектировщиками и застройщиками стоит задача минимизации расхода энергии при строительстве и эксплуатации зданий и обеспечения нормируемых параметров микроклимата в помещениях жилых и общественных зданий, установленных в ГОСТ 3049496. Для гражданских зданий рекомендуются нормативные значения параметров теплового микроклимата (оптимальные, допустимые или их сочетание) в зависимости от назначения помещения и периода года. В таблице 1 приведены рекомендации Киевского НИИ общей и коммунальной гигиены. Из табл. 1 видно, что в ночное время в спальнях рекомендуется держать температуру tв на 45˚С ниже расчетной, так как сон в условиях даже небольшого перегрева протекает беспокойно, в то же время как при tв = 1417˚С сон становится глубоким. Температурные перепады как в горизонтальном сечении помещения, так и по вертикали не должны превышать 0,20,5˚С/м. При больших градиентах ногам человека становится холодно, а голове
– жарко, и он может заболеть. Комфортным для человека является теплообмен с внутренними поверхностями стен, отличающимися от температуры внутреннего воздуха на несколько градусов (24˚С). Оптимальной величиной относительной влажности в помещении физиологи считают φв = 45%. На пятом Международном конгрессе по проблемам холода была дана классификация, определяющая комфорт следующими факторами: «акустическими; обонянием и дыханием; механическим ощущением; зрением, влиянием цветов; температурой, влажностью, воздушным потоком, вибрацией и колебаниями здания; особыми факторами (например, солнечный луч, ионизация); безопасностью; гигиеническими факторами; групповым поведением; факторами повседневной жизни; влиянием неожиданных опасностей; экономическими факторами». Санитарная норма жилой площади была установлена в России в 1919 году в размере 8,25 м2 на человека и в 1922 г. она была увеличена до 9 м2 . рекомендуется принимать жилую площадь в зависимости от состава семьи: на одного человека
– 1415 м2 , на двух
– 2025 м2 , трех
– 3035 м2 . Обоснование высоты помещений здания 3 м изложено во многих работах, как обеспечивающее соблюдение требований закона №52ФЗ «О санитарноэпидемиологическом благополучии населения». Другие размеры помещения (ширина и длина) выбираются также из санитарногигиенических требований строительных норм. Согласно санитарноэпидемиологическим нормам, при обеспечении жилого здания воздухом на одного человека в помещение должно поступать 30 м3 /ч и кратность воздухообмена помещения равняться единице. Кроме того, на 1 м2 площади помещений требуется доставить 3 м3 /ч наружного воздуха. Исходя из этих соображений, минимальнодопустимая площадь жилой комнаты может быть 10 м2 . Жилая комната площадью 20 м2 при заселении ее двумя людьми также отвечает санитарногигиеническим требованиям обеспечения людей воздухом. Эталоном компактности одноэтажного здания может служить гладкостенное здание квадратной формы, в котором коэффициент компактности его формы равен единице. (1) Если удельный расход энергии, идущей на вентиляцию и водоснабжение, а также электроснабжение зданий, не зависит от этажности, то удельный расход энергии на его отопление зависит от числа этажей [7]. Наибольший удельный расход энергии на отопление наблюдается в одноэтажных домах, наименьший
– в высотных зданиях. Это связано с наличием теплопотерь через пол и покрытие, на первом и последнем этажах, подлежащих учету. Критерий формообразования здания зависит не только от его плана, но и от этажности и наличия или отсутствия лифта [8]. Эта математическая зависимость состоит из произведения трех величин: , (2) где:
– коэффициент компактности форм здания;
– коэффициент этажности;
– кффициент, учитывающий наличие или отсутствие в здании лифта. Форма и размеры здания и его помещений должны обеспечивать выполнение Федеральных законов: №184ФЗ и №261ФЗ, приведенных ранее, что позволит обеспечить комфортные условия проживания людей в помещениях [9]. Данный подход рассчитан прежде всего на современное строительство в малонаселённых районах нашей страны, когда молодые социальноактивные люди будут готовы к освоению новых территорий. В этом случае, наряду с госбюджетными квартирами экономкласса необходимо осуществлять формирование комфортной среды микрорайона по месту застройки, в котором следует располагать культурнооздоровительные учреждения, спортивные площадки, юношеские и молодежные научные центры, «Дворцы культуры», выставочные площадки и др. Такое окружение, формирующее ОБРАЗ современного города, позволяющего молодым людям, найти приложение своим талантам, обрести друзей по своим интересам и наклонностям, что способствовало бы и решению демографических проблем. Литература: 1. Савин В.К. Влияние глобального потепления на энергетическую эффективность здания. / «АВОК», 2020, № 6, с. 5256. 2. Доклад об особенностях климата на территории Российской Федерации за 2016 год.
– М., 2017. –70 с. 3. Савин В.К. Строительная энергофизика. Энергосбережение. Образ и число.
– М.: Издво «Лазурь», 2018. 4. Обзор состояния и загрязнения окружающей среды в российской федерации за 2019 год.
– Росгидромет, 2020. 5. Савин В.К., Волкова Н.Г. ФГБУ «НИИСФ РААСН». О нормировании климатических параметров в строительстве. / «АВОК», 2021, № 7, с. 6870. 6. Доклад о климатических рисках на территории РФ.
– Росгидромет, СПб., 2017.
– 105 с. 7. Табунщиков Ю.А., Бродач М.М., Шилкин Н.В. Энергоэффективные здания.
– М.: «АВОКПресс», 2003.
– 200 с. 8. Савин В.К. ФГБУ «НИИСФ РААСН». Влияние формообразования здания на энергетическую эффективность.
– Фундаментальные, поисковые и прикладные исследования РААСН по научному обеспечению развития архитектуры, градостроительства и строительной отрасли РФ в 2020 г.: Сб. науч. тр. РААСН. Т.2.
– М.: Издво «АСВ», 2021, с. 231236. 9. Шубин И.Л., Умнякова Н.П., Бутовский И.Н. Четверть века реализации нормирования энергопотребления российских отапливаемых зданий».
– «БСТ», 2020, № 6, с. 712.