Теплотехнический расчет здания из каменной кладки. Пример теплотехнического расчета наружной стены. Задачи проведения процедуры

Чтобы в жилище было тепло в самые сильные морозы, необходимо правильно подобрать систему теплоизоляции – для этого выполняют теплотехнический расчет наружной стены.Результат вычислений показывает, насколько эффективен реальный или проектируемый способ утепления.

Как сделать теплотехнический расчет наружной стены

Вначале следует подготовить исходные данные. На расчетный параметр влияют следующие факторы:

• климатический регион, в котором находится дом;
• назначение помещения – жилой дом, производственное здание, больница;
• режим эксплуатации здания – сезонный или круглогодичный;
• наличие в конструкции дверных и оконных проемов;
• влажность внутри помещения, разница внутренней и наружной температуры;
• число этажей, особенности перекрытия.

После сбора и записи исходной информации определяют коэффициенты теплопроводности строительных материалов, из которых изготовлена стена. Степень усвоения тепла и теплоотдачи зависит от того, насколько сырым является климат. В связи с этим для вычисления коэффициентов используют карты влажности, составленные для Российской Федерации. После этого все числовые величины, необходимые для расчета, вводятся в соответствующие формулы.

Теплотехнический расчет наружной стены, пример для пенобетонной стены

В качестве примера рассчитываются теплозащитные свойства стены, выложенной из пеноблоков, утепленной пенополистиролом с плотностью 24 кг/м3 и оштукатуренной с двух сторон известково-песчаным раствором. Вычисления и подбор табличных данных ведутся на основании строительных правил. Исходные данные: район строительства – Москва; относительная влажность – 55%, средняя температура в доме tв = 20О С. Задается толщина каждого слоя: δ1, δ4=0,01м (штукатурка), δ2=0,2м (пенобетон), δ3=0,065м (пенополистирол «СП Радослав»).
Целью теплотехнического расчета наружной стены является определение необходимого (Rтр) и фактического (Rф) сопротивления теплопередаче.
Расчет

1. Согласно таблице 1 СП 53.13330.2012 при заданных условиях режим влажности принимается нормальным. Требуемое значениеRтр находят по формуле:
   Rтр=a ГСОП+b,
   где a,b принимаются по таблице 3 СП 50.13330.2012. Для жилого здания и наружной стены a = 0,00035; b = 1,4.
   ГСОП – градусо-сутки отопительного периода, их находят по формуле(5.2) СП 50.13330.2012:
   ГСОП=(tв-tот)zот,
   где tв=20О С; tот – средняя температура наружного воздуха во время отопительного периода, по таблице 1 СП131.13330.2012tот = -2,2ОС; zот = 205 сут. (продолжительность отопительного сезона согласно той же таблице).
   Подставив табличные значения, находят: ГСОП = 4551О С*сут.; Rтр = 2,99 м2*С/Вт
2. По таблице 2 СП50.13330.2012 для нормальной влажности выбирают коэффициенты теплопроводности каждого слоя «пирога»:λБ1=0,81Вт/(м°С), λБ2=0,26Вт/(м°С), λБ3=0,041Вт/(м°С), λБ4=0,81Вт/(м°С).
   По формуле E.6 СП 50.13330.2012 определяют условное сопротивление теплопередаче:
   R0усл=1/αint+δn/λn+1/αext.
   гдеαext = 23 Вт/(м2°С) из п.1 таблицы 6 СП 50.13330.2012 для наружных стен.
   Подставляя числа, получаютR0усл=2,54м2°С/Вт. Уточняют его с помощью коэффициента r=0.9, зависящего от однородности конструкций, наличия ребер, арматуры, мостиков холода:
   Rф=2,54 0,9=2,29м2 °С/Вт.

Полученный результат показывает, что фактическое теплосопротивление меньше требуемого, поэтому нужно пересмотреть конструкцию стены.

Теплотехнический расчет наружной стены, программа упрощает вычисления

Несложные компьютерные сервисы ускоряют вычислительные процессы и поиск нужных коэффициентов. Стоит ознакомиться с наиболее популярными программами.

1. «ТеРеМок». Вводятся исходные данные: тип здания (жилой), внутренняя температура 20О, режим влажности – нормальный, район проживания – Москва. В следующем окне открывается рассчитанное значение нормативного сопротивления теплопередаче – 3,13 м2*оС/Вт.
   На основании вычисленного коэффициента происходит теплотехнический расчет наружной стены из пеноблоков (600 кг/м3), утепленной экструдированным пенополистиролом «Флурмат 200» (25 кг/м3) и оштукатуренной цементно-известковым раствором. Из меню выбирают нужные материалы, проставляя их толщину (пеноблок – 200 мм, штукатурка – 20 мм), оставив незаполненной ячейку с толщиной утеплителя.
   Нажав кнопку «Расчет», получают искомую толщину слоя теплоизолятора – 63 мм. Удобство программы не избавляет ее от недостатка: в ней не принимается во внимание разная теплопроводность кладочного материала и раствора. Спасибо автору можно сказать по этому адресу http://dmitriy.chiginskiy.ru/teremok/
2. Вторая программа предлагается сайтом http://rascheta.net/. Ее отличие от предыдущего сервиса в том, что все толщины задаются самостоятельно. В расчет вводится коэффициент теплотехнической однородности r. Его выбирают из таблицы: для пенобетонных блоков с проволочной арматурой в горизонтальных швах r = 0,9.
   После заполнения полей программа выдает отчет о том, каково фактическое тепловое сопротивление выбранной конструкции, отвечает ли она климатическим условиям. Кроме того, предоставляется последовательность вычислений с формулами, нормативными источниками и промежуточными значениями.

При возведении дома или проведении теплоизоляционных работ важна оценка результативности утепления наружной стены: теплотехнический расчет, выполненный самостоятельно или с помощью специалиста позволяет сделать это быстро и точно.

Создание комфортных условий для проживания или трудовой деятельности является первостепенной задачей строительства. Значительная часть территории нашей страны находится в северных широтах с холодным климатом. Поэтому поддержание комфортной температуры в зданиях всегда актуально. С ростом тарифов на энергоносители снижение расхода энергии на отопление выходит на первый план.

Климатические характеристики

Выбор конструкции стен и кровли зависит прежде всего от климатических условий района строительства. Для их определения необходимо обратиться к СП131.13330.2012 «Строительная климатология». В расчетах используются следующие величины:

• температура наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92, обозначается Тн;
• средняя температура, обозначается Тот;
• продолжительность, обозначается ZOT.

На примере для Мурманска величины имеют следующие значения:

• Тн=-30 град;
• Тот=-3.4 град;
• ZOT=275 суток.

Кроме того, необходимо задать расчетную температуру внутри помещения Тв, она определяется в соответствии с ГОСТом 30494-2011. Для жилья можно принять Тв=20 град.

Чтобы выполнить теплотехнический расчет ограждающих конструкций, предварительно вычисляют величину ГСОП (градусо-сутки отопительного периода):
ГСОП = (Тв - Тот) х ZOT.
На нашем примере ГСОП=(20 - (-3,4)) х 275 = 6435.

Основные показатели

Для правильного выбора материалов ограждающих конструкций необходимо определить, какими теплотехническими характеристиками они должны обладать. Способность вещества проводить тепло характеризуется его теплопроводностью, обозначается греческой буквой l (лямбда) и измеряется в Вт/(м х град.). Способность конструкции удерживать тепло характеризуется её сопротивлением теплопередаче R и равняется отношению толщины к теплопроводности: R = d/l.

В случае если конструкция состоит из нескольких слоёв, сопротивление рассчитывается для каждого слоя и затем суммируется.

Сопротивление теплопередачи является основным показателем наружной конструкции. Его величина должна превышать нормативное значение. Выполняя теплотехнический расчет ограждающих конструкций здания, мы должны определить экономически оправданный состав стен и кровли.

Значения теплопроводности

Качество теплоизоляции определяется в первую очередь теплопроводностью. Каждый сертифицированный материал проходит лабораторные исследования, в результате которых определяется это значение для условий эксплуатации «А» или «Б». Для нашей страны большинству регионов соответствуют условия эксплуатации «Б». Выполняя теплотехнический расчет ограждающих конструкций дома, следует использовать именно это значение. Значения теплопроводности указывают на этикетке либо в паспорте материала, но если их нет, можно воспользоваться справочными значениями из Свода правил. Значения для наиболее популярных материалов приведены ниже:

• Кладка из обыкновенного кирпича - 0,81 Вт(м х град.).
• Кладка из силикатного кирпича - 0,87 Вт(м х град.).
• Газо- и пенобетон (плотностью 800) - 0,37 Вт(м х град.).
• Древесина хвойных пород - 0,18 Вт(м х град.).
• Экструдированный пенополистирол - 0,032 Вт(м х град.).
• Плиты минераловатные (плотность 180) - 0,048 Вт(м х град.).

Нормативное значение сопротивления теплопередаче

Расчётное значение сопротивления теплопередаче не должно быть меньше базового значения. Базовое значение определяется по таблице 3 СП50.13330.2012 « зданий». В таблице определены коэффициенты для расчета базовых значений сопротивления теплопередаче всех ограждающих конструкций и типов зданий. Продолжая начатый теплотехнический расчет ограждающих конструкций, пример расчета можно представить следующим образом:

• Рстен = 0,00035х6435 + 1,4 = 3,65 (м х град/Вт).
• Рпокр = 0,0005х6435 + 2,2 = 5,41 (м х град/Вт).
• Рчерд = 0,00045х6435 + 1,9 = 4,79 (м х град/Вт).
• Рокна = 0,00005х6435 + 0,3 = х град/Вт).

Теплотехнический расчет наружной ограждающей конструкции выполняется для всех конструкций, замыкающих «теплый» контур - пол по грунту или перекрытие техподполья, наружные стены (включая окна и двери), совмещенное покрытие или перекрытие неотапливаемого чердака. Также расчет необходимо выполнять и для внутренних конструкций, если перепад температур в смежных комнатах составляет более 8 градусов.

Теплотехнический расчет стен

Большинство стен и перекрытий по своей конструкции многослойны и неоднородны. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций многослойной структуры выглядит следующим образом:
R= d1/l1 +d2/l2 +dn/ln,
где n - параметры n-го слоя.

Если рассматривать кирпичную оштукатуренную стену, то получим следующую конструкцию:

• наружный слой штукатурки толщиной 3 см, теплопроводность 0,93 Вт(м х град.);
• кладка из полнотелого глиняного кирпича 64 см, теплопроводность 0,81 Вт(м х град.);
• внутренний слой штукатурки толщиной 3 см, теплопроводность 0,93 Вт(м х град.).

Формула теплотехнического расчета ограждающих конструкций выглядит следующим образом:

R=0,03/0,93 + 0,64/0,81 + 0,03/0,93 = 0,85(м х град/Вт).

Полученное значение существенно меньше определенного ранее базового значения сопротивления теплопередаче стен жилого дома в Мурманске 3,65 (м х град/Вт). Стена не удовлетворяет нормативным требованиям и нуждается в утеплении. Для утепления стены используем толщиной 150 мм и теплопроводностью 0,048 Вт(м х град.).

Подобрав систему утепления, необходимо выполнить проверочный теплотехнический расчет ограждающих конструкций. Пример расчета приведён ниже:

R=0,15/0,048 + 0,03/0,93 + 0,64/0,81 + 0,03/0,93 = 3,97(м х град/Вт).

Полученная расчётная величина больше базовой - 3,65 (м х град/Вт), утеплённая стена удовлетворяет требованиям норм.

Расчёт перекрытий и совмещённых покрытий выполняется аналогично.

Теплотехнический расчёт полов, соприкасающихся с грунтом

Нередко в частных домах или общественных зданиях выполняются по грунту. Сопротивление теплопередаче таких полов не нормируется, но как минимум конструкция полов не должна допускать выпадения росы. Расчет конструкций, соприкасающихся с грунтом, выполняется следующим образом: полы разбиваются на полосы (зоны) шириной по 2 метра, начиная с внешней границы. Таких зон выделяется до трех, оставшаяся площадь относится к четвертой зоне. Если в конструкции пола не предусмотрен эффективный утеплитель, то сопротивление теплопередаче зон принимается следующим:

• 1 зона - 2,1 (м х град/Вт);
• 2 зона - 4,3 (м х град/Вт);
• 3 зона - 8,6 (м х град/Вт);
• 4 зона - 14,3 (м х град/Вт).

Нетрудно заметить, что чем дальше участок пола находится от внешней стены, тем выше его сопротивление теплопередаче. Поэтому зачастую ограничиваются утеплением периметра пола. При этом к сопротивлению теплопередаче зоны добавляется сопротивление теплопередаче утепленной конструкции.
Расчет сопротивления теплопередаче пола необходимо включать в общий теплотехнический расчет ограждающих конструкций. Пример расчета полов по грунту рассмотрим ниже. Примем площадь пола 10 х 10, равную 100 м кв.

• Площадь 1 зоны составит 64 м кв.
• Площадь 2 зоны составит 32 м кв.
• Площадь 3 зоны составит 4 м кв.

Среднее значение сопротивления теплопередаче пола по грунту:
Рпола = 100 / (64/2,1 + 32/4,3 + 4/8,6) = 2,6 (м х град/Вт).

Выполнив утепление периметра пола пенополистирольной плитой толщиной 5 см, полосой шириной 1 метр, получим среднее значение сопротивления теплопередаче:

Рпола = 100 / (32/2,1 + 32/(2,1+0,05/0,032) + 32/4,3 + 4/8,6) = 4,09 (м х град/Вт).

Важно отметить, что подобным образом рассчитываются не только полы, но и конструкции стен, соприкасающихся с грунтом (стены заглубленного этажа, теплого подвала).

Теплотехнический расчет дверей

Несколько иначе рассчитывается базовое значение сопротивления теплопередаче входных дверей. Для его расчета понадобится сначала вычислить сопротивление теплопередаче стены по санитарно-гигиеническому критерию(невыпадению росы):
Рст = (Тв - Тн)/(ДТн х ав).

Здесь ДТн - разница температур между внутренней поверхностью стены и температурой воздуха в комнате, определяется по Своду правил и для жилья составляет 4,0.
ав - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности стены, по СП составляет 8,7.
Базовое значение дверей берется равным 0,6хРст.

Для выбранной конструкции двери требуется выполнить проверочный теплотехнический расчет ограждающих конструкций. Пример расчета входной двери:

Рдв = 0,6 х (20-(-30))/(4 х 8,7) = 0,86 (м х град/Вт).

Этому расчетному значению будет соответствовать дверь, утепленная минераловатной плитой толщиной 5 см. Её сопротивление теплопередаче составит R=0,05 / 0,048=1,04 (м х град/Вт), что больше расчетного.

Комплексные требования

Расчеты стен, перекрытий или покрытия выполняются для проверки поэлементных требований нормативов. Сводом правил также установлено комплектное требование, характеризующее качество утепления всех ограждающих конструкций в целом. Эта величина называется «удельная теплозащитная характеристика». Без ее проверки не обходится ни один теплотехнический расчет ограждающих конструкций. Пример расчета по СП приведен ниже.

Коб = 88,77 / 250 = 0,35, что меньше нормируемого значения 0,52. В данном случае площади и объем приняты для дома размерами 10 х 10 х 2,5 м. Сопротивления теплопередачи - равные базовым величинам.

Нормируемое значение определяется в соответствии с СП в зависимости от отапливаемого объёма дома.

Помимо комплексного требования, для составления энергетического паспорта также выполняют теплотехнический расчет ограждающих конструкций, пример оформления паспорта дан в приложении к СП50.13330.2012.

Коэффициент однородности

Все приведенные выше расчеты применимы для однородных конструкций. Что на практике встречается довольно редко. Чтобы учесть неоднородности, снижающие сопротивление теплопередаче, вводится поправочный коэффициент теплотехнической однородности - r. Он учитывает изменение сопротивления теплопередаче, вносимые оконными и дверными проемами, внешними углами, неоднородными включениями (например перемычками, балками, армирующими поясами), и пр.

Расчет этого коэффициента достаточно сложен, поэтому в упрощенном виде можно воспользоваться примерными значениями из справочной литературы. Например, для кирпичной кладки - 0,9, трехслойных панелей - 0,7.

Эффективное утепление

Выбирая систему утепления дома, легко убедиться, что выполнить современные требования тепловой защиты без использования эффективного утеплителя практически невозможно. Так, если использовать традиционный глиняный кирпич, потребуется кладка толщиной в несколько метров, что экономически нецелесообразно. Вместе с тем низкая теплопроводность современных утеплителей на основе пенополистирола либо каменной ваты позволяет ограничиться толщинами в 10-20 см.

Например, чтобы достичь базового значения сопротивления теплопередаче 3,65 (м х град/Вт), потребуется:

• кирпичная стена толщиной 3 м;
• кладка из пенобетонных блоков 1,4 м;
• минераловатный утеплитель 0,18 м.

Теплотехнический расчет позволяет определить минимальную толщину ограждающих конструкций для того, чтобы не было случаев перегрева или промерзания в процессе эксплуатации строения.

Ограждающие конструктивные элементы отапливаемых общественных и жилых зданий, за исключением требований устойчивости и прочности, долговечности и огнестойкости, экономичности и архитектурного оформления, должны отвечать в первую очередь теплотехническим нормам. Выбирают ограждающие элементы в зависимости от конструктивного решения, климатологических характеристик района застройки, физических свойств, влажно-температурного режима в здании, а также в соответствии с требованиями сопротивления теплопередаче, воздухонипроницанию и паропроницанию.

В чем смысл расчета?

1. Если во время расчета стоимости будущего строения учитывать лишь прочностные характеристики, то, естественно, стоимость будет меньше. Однако это видимая экономия: впоследствии на обогрев помещения уйдет значительно больше средств.
2. Грамотно подобранные материалы создадут в помещении оптимальный микроклимат.
3. При планировке системы отопления также необходим теплотехнический расчет. Чтобы система была рентабельной и эффективной, необходимо иметь понятие о реальных возможностях здания.

Теплотехнические требования

Важно, чтобы наружные конструкции соответствовали следующим теплотехническим требованиям:

• Имели достаточные теплозащитные свойства. Другими словами, нельзя допускать в летнее время перегрева помещений, а зимой - излишних потерь тепла.
• Разность температур воздуха внутренних элементов ограждений и помещений не должна быть выше нормативного значения. В противном случае может произойти чрезмерное охлаждение тела человека излучением тепла на данные поверхности и конденсация влаги внутреннего воздушного потока на ограждающих конструкциях.
• В случае изменения теплового потока температурные колебания внутри помещения должны быть минимальные. Данное свойство называется теплоустойчивостью.
• Важно, чтобы воздухонепроницаемость ограждений не вызывала сильного охлаждения помещений и не ухудшала теплозащитные свойства конструкций.
• Ограждения должны иметь нормальный влажностный режим. Так как переувлажнение ограждений увеличивает потери тепла, вызывает в помещении сырость, уменьшает долговечность конструкций.

Чтобы конструкции соответствовали вышеперечисленным требованиям, выполняют теплотехнический расчет, а также рассчитывают теплоустойчивость, паропроницаемость, воздухопроницаемость и влагопередачу по требованиям нормативной документации.

Теплотехнические качества

От теплотехнических характеристик наружных конструктивных элементов строений зависит:

• Влажностный режим элементов конструкции.
• Температура внутренних конструкций, которая обеспечивает отсутствие на них конденсата.
• Постоянная влажность и температура в помещениях, как в холодное, так и в теплое время года.
• Количество тепла, которое теряется зданием в зимний период времени.

Итак, исходя из всего перечисленного выше, теплотехнический расчет конструкций считается немаловажным этапом в процессе проектирования зданий и сооружений, как гражданских, так и промышленных. Проектирование начинается с выбора конструкций - их толщины и последовательности слоев.

Задачи теплотехнического расчета

Итак, теплотехнический расчет ограждающих конструктивных элементов осуществляется с целью:

1. Соответствия конструкций современным требованиям по тепловой защите зданий и сооружений.
2. Обеспечения во внутренних помещениях комфортного микроклимата.
3. Обеспечения оптимальной тепловой защиты ограждений.

Основные параметры для расчета

Чтобы определить расход тепла на отопление, а также произвести теплотехнический расчет здания, необходимо учесть множество параметров, зависящих от следующих характеристик:

• Назначение и тип здания.
• Географическое расположение строения.
• Ориентация стен по сторонам света.
• Размеры конструкций (объем, площадь, этажность).
• Тип и размеры окон и дверей.
• Характеристики отопительной системы.
• Количество людей, находящихся в здании одновременно.
• Материал стен, пола и перекрытия последнего этажа.
• Наличие системы горячего водоснабжения.
• Тип вентиляционных систем.
• Другие конструктивные особенности строения.

Теплотехнический расчет: программа

На сегодняшний день разработано множество программ, позволяющих произвести данный расчет. Как правило, расчет осуществляется на основании методики, изложенной в нормативно-технической документации.

Данные программы позволяют вычислить следующее:

• Термическое сопротивление.
• Потери тепла через конструкции (потолок, пол, дверные и оконные проемы, а также стены).
• Количество тепла, требуемого для нагрева инфильтрирующего воздуха.
• Подбор секционных (биметаллических, чугунных, алюминиевых) радиаторов.
• Подбор панельных стальных радиаторов.

Теплотехнический расчет: пример расчета для наружных стен

Для расчета необходимо определить следующие основные параметры:

• t в = 20°C - это температура воздушного потока внутри здания, которая принимается для расчета ограждений по минимальным значениям наиболее оптимальной температуры соответствующего здания и сооружения. Принимается она в соответствии с ГОСТом 30494-96.

• По требованиям ГОСТа 30494-96 влажность в помещении должна составлять 60%, в результате в помещении будет обеспечен нормальный влажностный режим.
• В соответствии с приложением B СНиПа 23-02-2003, зона влажности сухая, значит, условия эксплуатации ограждений - A.
• t н = -34 °C - это температура наружного воздушного потока в зимний период времени, которая принимается по СНиП исходя из максимально холодной пятидневки, имеющей обеспеченность 0,92.
• Z от.пер = 220 суток - это длительность отопительного периода, которая принимается по СНиПу, при этом среднесуточная температура окружающей среды ≤ 8 °C.
• T от.пер. = -5,9 °C - это температура окружающей среды (средняя) в отопительный период, которая принимается по СНиП, при суточной температуре окружающей среды ≤ 8 °C.

Исходные данные

В таком случае теплотехнический расчет стены будет производиться с целью определения оптимальной толщины панелей и теплоизоляционного материала для них. В качестве наружных стен будут использоваться сэндвич-панели (ТУ 5284-001-48263176-2003).

Комфортные условия

Рассмотрим, как выполняется теплотехнический расчет наружной стены. Для начала следует вычислить требуемое сопротивление теплопередачи, ориентируясь на комфортные и санитарно-гигиенические условия:

R 0 тр = (n × (t в - t н)) : (Δt н × α в), где

n = 1 - это коэффициент, который зависит от положения наружных конструктивных элементов по отношению к наружному воздуху. Его следует принимать по данным СНиПа 23-02-2003 из таблицы 6.

Δt н = 4,5 °C - это нормируемый перепад температуры внутренней поверхности конструкции и внутреннего воздуха. Принимается по данным СНиПа из таблицы 5.

α в = 8,7 Вт/м 2 °C - это теплопередача внутренних ограждающих конструкций. Данные берутся из таблицы 5, по СНиПу.

Подставляем данные в формулу и получаем:

R 0 тр = (1 × (20 - (-34)) : (4,5 × 8,7) = 1,379 м 2 °C/Вт.

Условия энергосбережения

Выполняя теплотехнический расчет стены, исходя из условий энергосбережения, необходимо вычислить требуемое сопротивление теплопередачи конструкций. Оно определяется по ГСОП (градусо-сутки отопительного периода, °C) по следующей формуле:

ГСОП = (t в - t от.пер.) × Z от.пер, где

t в - это температура воздушного потока внутри здания, °C.

Z от.пер. и t от.пер. - это продолжительность (сут.) и температура (°C) периода, имеющего среднесуточную температуру воздуха ≤ 8 °C.

Таким образом:

ГСОП = (20 - (-5,9)) ×220 = 5698.

Исходя из условий энергосбережения, определяем R 0 тр методом интерполяции по СНиПу из таблицы 4:

R 0 тр = 2,4 + (3,0 - 2,4)×(5698 - 4000)) / (6000 - 4000)) = 2,909 (м 2 °C/Вт)

R 0 = 1/ α в + R 1 + 1/ α н, где

d - это толщина теплоизоляции, м.

l = 0,042 Вт/м°C - это теплопроводность минераловатной плиты.

α н = 23 Вт/м 2 °C - это теплоотдача наружных конструктивных элементов, принимаемый по СНиПу.

R 0 = 1/8,7 + d/0,042+1/23 = 0,158 + d/0,042.

Толщина утеплителя

Толщина теплоизоляционного материала определяется исходя из того, что R 0 = R 0 тр, при этом R 0 тр берется при условиях энергосбережения, таким образом:

2,909 = 0,158 + d/0,042, откуда d = 0,116 м.

Подбираем марку сэндвич-панелей по каталогу с оптимальной толщиной теплоизоляционного материала: ДП 120, при этом общая толщина панели должна составлять 120 мм. Аналогичным образом производится теплотехнический расчет здания в целом.

Необходимость выполнения расчета

Запроектированные на основании теплотехнического расчета, выполненного грамотно, ограждающие конструкции позволяют сократить затраты на отопление, стоимость которого регулярно увеличиваются. К тому же сбережение тепла считается немаловажной экологической задачей, ведь это напрямую связано с уменьшением потребления топлива, что приводит к снижению воздействия негативных факторов на окружающую среду.

Кроме того, стоит помнить о том, что неправильно выполненная теплоизоляция способна привести к переувлажнению конструкций, что в результате приведет к образованию плесени на поверхности стен. Образование плесени, в свою очередь, приведет к порче внутренней отделки (отслаивание обоев и краски, разрушение штукатурного слоя). В особо запущенных случаях может понадобиться радикальное вмешательство.

Очень часто строительные компании в своей деятельности стремятся использовать современные технологии и материалы. Только специалисту под силу разобраться в необходимости применения того или иного материала, как отдельно, так и в совокупности с другими. Именно теплотехнический расчет поможет определиться с наиболее оптимальными решениями, которые обеспечат долговечность конструктивных элементов и минимальные финансовые затраты.

Цель теплотехнического расчета - вычислить толщину утеплителя при заданной толщине несущей части наружной стены, отвечающей санитарно-гигиеническим требованиям и условиям энергосбережения. Иными словами – у нас есть наружные стены толщиной 640 мм из силикатного кирпича и мы собираемся их утеплить пенополистиролом, но не знаем какой толщины необходимо выбрать утеплитель, чтобы были соблюдены строительные нормы.

Теплотехнический расчет наружной стены здания выполняется в соответствии со СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника» и СНиП 23-01-99 «Строительная климатология».

Таблица 1

Теплотехнические показатели используемых строительных материалов (по СНиП II-3-79*)

1-штукатурка внутренняя (цементно-песчаный раствор) - 20 мм

2-кирпичная стена (силикатный кирпич) - 640 мм

3-утеплитель (пенополистирол)

4-тонкослойная штукатурка (декоративный слой) - 5 мм

При выполнении теплотехнического расчёта принят нормальный влажностный режим в помещениях - условия эксплуатации («Б») в соответствии с СНиП II-3-79 т.1 и прил. 2, т.е. теплопроводность применяемых материалов берём по графе «Б».

Вычислим требуемое сопротивление теплопередаче ограждения с учетом санитарно-гигиенических и комфортных условий по формуле:

R 0 тр = (t в – t n) * n / Δ t n *α в (1)

где t в – расчётная температура внутреннего воздуха °С, принимаемая в соответствии с ГОСТ 12.1.1.005-88 и нормами проектирования

соответствующих зданий и сооружений, принимаем равной +22 °С для жилых зданий в соответствии с приложением 4 к СНиП 2.08.01-89;

t n – расчётная зимняя температура наружного воздуха, °С, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0,92 по СНиП 23-01-99 для г. Ярославль принимается равной -31°С;

n – коэффициент, принимаемый по СНиП II-3-79* (таблица 3*) в зависимости от положения наружной поверхности ограждающей конструкций по отношению к наружному воздуху и принимается равным n=1;

Δ t n – нормативный и температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции – устанавливается по СНиП II-3-79* (таблица 2*) и принимается равным Δ t n =4,0 °С;

R 0 тр = (22- (-31))*1 / 4,0* 8,7 = 1,52

Определим градусо-сутки отопительного периода по формуле:

ГСОП= (t в – t от.пер)*z от.пер. (2)

где t в - то же, что и в формуле (1);

t от.пер - средняя температура, °С, периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8 °С по СНиП 23-01-99;

z от.пер - продолжительность, сут., периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8 °С по СНиП 23-01-99;

ГСОП=(22-(-4))*221=5746 °С*сут.

Определим приведенное сопротивление теплопередаче Rо тр по условиям энергосбережения в соответствии с требованиями СНиП II-3-79* (таблица 1б*) и санитарно-гигиенических и комфортных условий. Промежуточные значения определяем интерполяцией.

Таблица 2

Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций (по данным СНиП II-3-79*)

Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций R(0) принимаем как наибольшее из значений вычисленных ранее:

R 0 тр = 1,52< R 0 тр = 3,41, следовательно R 0 тр = 3,41 (м 2 *°С)/Вт = R 0 .

Запишем уравнение для вычисления фактического сопротивления теплопередаче R 0 ограждающей конструкции с использованием формулы в соответствии с заданной расчетной схемой и определим толщину δ x расчётного слоя ограждения из условия:

R 0 = 1/α н + Σδ i/ λ i + δ x/ λ x + 1/α в = R 0

где δ i – толщина отдельных слоёв ограждения кроме расчётного в м;

λ i – коэффициенты теплопроводности отдельных слоев ограждения (кроме расчётного слоя) в (Вт/м*°С) принимаются по СНиП II-3-79* (приложение 3*) – для этого расчёта таблица 1;

δ x – толщина расчётного слоя наружного ограждения в м;

λ x – коэффициент теплопроводности расчётного слоя наружного ограждения в (Вт/м*°С) принимаются по СНиП II-3-79* (приложение 3*) – для этого расчёта таблица 1;

α в - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций принимается по по СНиП II-3-79* (таблица 4*) и принимается равным α в = 8,7 Вт/м 2 *°С.

α н - коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающей конструкции принимается по по СНиП II-3-79* (таблица 6*) и принимается равным α н = 23 Вт/м 2 *°С.

Термическое сопротивление ограждающей конструкции с последовательно расположенными однородными слоями следует определять как сумму термических сопротивлений отдельных слоев.

Для наружных стен и перекрытий толщина теплоизоляционного слоя ограждения δ x рассчитывается из условия, что величина фактического приведённого сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции R 0 должна быть не менее нормируемого значения R 0 тр , вычисленного по формуле (2):

R 0 ≥ R 0 тр

Раскрывая значение R 0 , получим:

R 0 = 1/ 23 + (0,02/ 0,93 + 0,64/ 0,87 + 0,005/ 0,93) + δ x / 0,041 + 1/ 8,7

Исходя из этого, определяем минимальное значение толщины теплоизоляционного слоя

δ x = 0,041*(3,41- 0,115 - 0,022 - 0,74 - 0,005 - 0,043)

δ x = 0,10 м

Принимаем в расчёт толщину утеплителя (пенополистирол) δ x = 0,10 м

Определяем фактическое сопротивление теплопередаче рассчитываемых ограждающих конструкций R 0 , с учётом принятой толщины теплоизоляционного слоя δ x = 0,10 м

R 0 = 1/ 23 + (0,02/ 0,93 + 0,64/ 0,87 + 0,005/ 0,93 + 0,1/ 0,041) + 1/ 8,7

R 0 = 3,43 (м 2 *°С)/Вт

Условие R 0 ≥ R 0 тр соблюдается, R 0 = 3,43 (м 2 *°С)/Вт ≥ R 0 тр =3,41 (м 2 *°С)/Вт

Требуется определить толщину утеплителя в трехслойной кирпичной наружной стене в жилом здании, расположенном в г. Омске. Конструкция стены: внутренний слой – кирпичная кладка из обыкновенного глиняного кирпича толщиной 250 мм и плотностью 1800 кг/м 3 , наружный слой – кирпичная кладка из облицовочного кирпича толщиной 120 мм и плотностью 1800 кг/м 3 ; между наружным и внутренними слоями расположен эффективный утеплитель из пенополистирола плотностью 40 кг/м 3 ; наружный и внутренний слои соединяются между собой стеклопластиковыми гибкими связями диаметром 8 мм, расположенными с шагом 0,6 м.

1. Исходные данные

Назначение здания – жилой дом

Район строительства – г. Омск

Расчетная температура внутреннего воздуха t int = плюс 20 0 С

Расчетная температура наружного воздуха t ext = минус 37 0 С

Расчетная влажность внутреннего воздуха – 55%

2. Определение нормируемого сопротивления теплопередаче

Определяется по таблице 4 в зависимости от градусо-суток отопительного периода. Градусо-сутки отопительного периода, D d , °С×сут, определяют по формуле 1, исходя из средней температуры наружного воздуха и продолжительности отопительного периода.

По СНиП 23-01-99* определяем, что в г. Омске средняя температура наружного воздуха отопительного периода равна: t ht = -8,4 0 С , продолжительность отопительного периода z ht = 221 сут. Величина градусо-суток отопительного периода равна:

D d = (t int - t ht ) z ht = (20 + 8,4)×221 = 6276 0 С сут.

Согласно табл. 4. нормируемое сопротивление теплопередаче R reg наружных стен для жилых зданий соответствующее значению D d = 6276 0 С сут равно R reg = a D d + b = 0,00035×6276 + 1,4 = 3,60 м 2 0 С/Вт.

3. Выбор конструктивного решения наружной стены

Конструктивное решение наружной стены предложено в задании и представляет собой трехслойное ограждение с внутренним слоем из кирпичной кладки толщиной 250 мм, наружным слоем из кирпичной кладки толщиной 120 мм, между наружным и внутренним слоем расположен утеплитель из пенополистирола. Наружный и внутренний слой соединяются между собой гибкими связями из стеклопластика диаметром 8 мм, расположенными с шагом 0,6 м.

4. Определение толщины утеплителя

Толщина утеплителя определяется по формуле 7:

d ут = (R reg ./r – 1/a int – d кк /l кк – 1/a ext)× l ут

где R reg . – нормируемое сопротивление теплопередаче, м 2 0 С/Вт; r – коэффициент теплотехнической однородности; a int – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности, Вт/(м 2 ×°С); a ext – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности, Вт/(м 2 ×°С); d кк – толщина кирпичной кладки, м ; l кк – расчетный коэффициент теплопроводности кирпичной кладки, Вт/(м×°С) ; l ут – расчетный коэффициент теплопроводности утеплителя, Вт/(м×°С) .

Нормируемое сопротивление теплопередаче определено: R reg = 3,60 м 2 0 С/Вт.

Коэффициент теплотехнической однородности для кирпичной трехслойной стены со стеклопластиковыми гибкими связями составляет около r=0,995 , и в расчетах может не учитываться (для информации – если применили стальные гибкие связи, то коэффициент теплотехнической однородности может достигать 0,6-0,7) .

Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности определяется по табл. 7 a int = 8,7 Вт/(м 2 ×°С).

Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности принимается по таблице 8 a е xt = 23 Вт/(м 2 ×°С).

Суммарная толщина кирпичной кладки составляет 370 мм или 0,37 м.

Расчетные коэффициенты теплопроводности используемых материалов определяются в зависимости от условий эксплуатации (А или Б). Условия эксплуатации определяются в следующей последовательности:

По табл. 1 определяем влажностный режим помещений: так как расчетная температура внутреннего воздуха +20 0 С, расчетная влажность 55%, влажностный режим помещений – нормальный;

По приложению В (карта РФ) определяем, что г. Омск расположен в сухой зоне;

По табл. 2 , в зависимости от зоны влажности и влажностного режима помещений, определяем, что условия эксплуатации ограждающих конструкций – А .

По прил. Д определяем коэффициенты теплопроводности для условий эксплуатации А: для пенополистирола ГОСТ 15588-86 плотностью 40 кг/м 3 l ут = 0,041 Вт/(м×°С) ; для кирпичной кладки из глиняного обыкновенного кирпича на цементно-песчаном растворе плотностью 1800 кг/м 3 l кк = 0,7 Вт/(м×°С) .

Подставим все определенные значения в формулу 7 и рассчитываем минимальную толщину утеплителя из пенополистирола:

d ут = (3,60 – 1/8,7 – 0,37/0,7 – 1/23)× 0,041 = 0,1194 м

Округляем полученное значение в большую сторону с точностью до 0,01 м: d ут = 0,12 м. Выполняем проверочный расчет по формуле 5:

R 0 = (1/a i + d кк /l кк + d ут /l ут + 1/a e)

R 0 = (1/8,7 + 0,37/0,7 + 0,12/0,041 + 1/23) = 3,61 м 2 0 С/Вт

5. Ограничение температуры и конденсации влаги на внутренней поверхности ограждающей конструкции

Δt o , °С, между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции не должен превышать нормируемых величин Δt n , °С, установленных в таблице 5 , и определен следующим образом

Δt o = n(t int – t ext )/( R 0 a int) = 1(20+37)/(3,61 х 8,7) = 1,8 0 С т.е. меньше, чем Δt n , = 4,0 0 С, определенное по таблице 5 .

Вывод: т олщина утеплителя из пенополистирола в трехслойной кирпичной стене составляет 120 мм. При этом сопротивление теплопередаче наружной стены R 0 = 3,61 м 2 0 С/Вт , что больше нормируемого сопротивления теплопередаче R reg . = 3,60 м 2 0 С/Вт на 0,01м 2 0 С/Вт. Расчетный температурный перепад Δt o , °С, между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции не превышает нормативное значение Δt n , .

Пример теплотехнический расчета светопрозрачных ограждающих конструкций

Светопрозрачные ограждающие конструкции (окна) подбирают по следующей методике.

Нормируемое сопротивление теплопередаче R reg определяется по таблице 4 СНиП 23-02-2003 (колонка 6) в зависимости от градусо-суток отопительного периода D d . При этом тип здания и D d принимают как в предыдущем примере теплотехнического расчета светонепрозрачных ограждающих конструкций. В нашем случае D d = 6276 0 С сут, тогда для окна жилого дома R reg = a D d + b = 0,00005×6276 + 0,3 = 0,61 м 2 0 С/Вт.

Выбор светопрозрачных конструкций осуществляется по значению приведенного сопротивления теплопередаче R o r , полученному в результате сертификационных испытаний или по приложению Л Свода правил . Если приведенное сопротивление теплопередаче выбранной светопрозрачной конструкции R o r , больше или равно R reg , то эта конструкция удовлетворяет требованиям норм.

Вывод: для жилого дома в г. Омске принимаем окна в ПВХ-переплетах с двухкамерными стеклопакетами из стекла с твердым селективным покрытием и заполнением аргоном межстекольного пространства у которых R о r = 0,65 м 2 0 С/Вт больше R reg = 0,61 м 2 0 С/Вт.

ЛИТЕРАТУРА

1. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий.
2. СП 23-101-2004. Проектирование тепловой защиты.
3. СНиП 23-01-99*. Строительная климатология.
4. СНиП 31-01-2003. Здания жилые многоквартирные.
5. СНиП 2.08.02-89 * . Общественные здания и сооружения.