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
- СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий.
- СП 23-101-2004. Проектирование тепловой защиты.
- СНиП 23-01-99*. Строительная климатология.
- СНиП 31-01-2003. Здания жилые многоквартирные.
- СНиП 2.08.02-89 * . Общественные здания и сооружения.
В современных условиях человек все чаще задумывается о рациональном использовании ресурсов. Электричество, вода, материалы. К экономии всего этого в мире пришли уже достаточно давно и всем понятно как это сделать. Но основную сумму в счетах на оплату составляет отопление, и не каждому понятно, как снизить расход по этому пункту.
Что такое теплотехнический расчет?
Теплотехнический расчет выполняют для того, чтобы подобрать толщину и материал ограждающих конструкций и привести здание в соответствие нормам тепловой защиты. Основным нормативным документом, регламентирующим способность конструкции сопротивляться теплопередаче, является СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».
Основным показателем ограждающей поверхности с точки зрения теплозащиты стало приведенное сопротивление теплопередаче. Это величина, учитывающая теплозащитные характеристики всех слоев конструкции, учитывая мостики холода.
Подробный и грамотный теплотехнический расчет — достаточно трудоемок. При возведении частных домов, собственники стараются учесть прочностные характеристики материалов, часто забывая о сохранении тепла. Это может привести к довольно плачевным последствиям.
Зачем выполняется расчет?
Перед началом строительства заказчик может выбрать, будет он учитывать теплотехнические характеристики или обеспечит только прочность и устойчивость конструкций.
Расходы на утепление совершенно точно увеличат смету на возведение здания, но снизят затраты на дальнейшую эксплуатацию. Индивидуальные дома строят на десятки лет, возможно, они будут служить и следующим поколениям. За это время затраты на эффективный утеплитель окупятся несколько раз.
Что получает владелец при правильном выполнении расчетов:
- Экономия на отоплении помещений. Тепловые потери здания снижаются, соответственно, уменьшится количество секций радиатора при классической системе отопления и мощность системы теплых полов. В зависимости от способа нагрева, затраты владельца на электричество, газ или горячую воду становятся меньше;
- Экономия на ремонте. При правильном утеплении в помещении создается комфортный микроклимат, на стенах не образуется конденсат, и не появляются опасные для человека микроорганизмы. Наличие на поверхности грибка или плесени требует проведения ремонта, причем простой косметический не принесет никаких результатов и проблема возникнет вновь;
- Безопасность для жильцов. Здесь, также как и в предыдущем пункте, речь идет о сырости, плесени и грибке, которые могут вызывать различные болезни у постоянно пребывающих в помещении людей;
- Бережное отношение к окружающей среде. На планете дефицит ресурсов, поэтому уменьшение потребления электроэнергии или голубого топлива благоприятно влияет на экологическую обстановку.
Нормативные документы для выполнения расчета
Приведенное сопротивление и его соответствие нормируемому значению – главная цель расчета. Но для его выполнения потребуется узнать теплопроводности материалов стены, кровли или перекрытия. Теплопроводность – величина, характеризующая способность изделия проводить через себя тепло. Чем она ниже, тем лучше.
Во время проведения расчета теплотехники опираются на следующие документы:
- СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий». Документ переиздан на основе СНиП 23-02-2003. Основной норматив для расчета ;
- СП 131.13330.2012 «Строительная климатология». Новое издание СНиП 23-01-99*. Данный документ позволяет определить климатические условия населенного пункта, в котором расположен объект ;
- СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий» более подробно, чем первый документ в списке, раскрывает тему ;
- ГОСТ 30494-96 (заменен на ГОСТ 30494-2011 с 2011 года) «Здания жилые и общественные» ;
- Пособие для студентов строительных ВУЗов Е.Г. Малявина «Теплопотери здания. Справочное пособие» .
Теплотехнический расчет не сложен. Его может выполнить человек без специального образования по шаблону. Главное очень внимательно подойти к вопросу.
Пример расчета трехслойной стены без воздушной прослойки
Давайте подробно рассмотрим пример теплотехнического расчета. Для начала необходимо определиться с исходными данными. Материалы для строительства стен Вы, как правило, выбираете сами. Мы же будем рассчитывать толщину утепляющего слоя исходя из материалов стены.
Исходные данные
Данные индивидуальные для каждого объекта строительства и зависят от места расположения объекта.
1. Климат и микроклимат
- Район строительства: г. Вологда.
- Назначение объекта: жилое.
- Относительная влажность воздуха для помещения с нормальным влажностным режимом составляет 55% ( п.4.3. табл.1).
- Температура внутри жилых помещений tint задается нормативными документами ( табл.1) и равна 20 градусов Цельсия».
text — расчетная температура воздуха снаружи. Она устанавливается по температуре самых холодных пяти дней в году. Значение можно найти в , таблице 1, столбец 5. Для заданной местности значение составляет -32ᵒС.
zht = 231 сутки – количество дней периода, когда необходимо дополнительное отопление помещения, то есть среднесуточная температура снаружи составляет меньше 8ᵒС. Значение ищут в той же таблице, что и предыдущее, но в столбце 11.
tht = -4,1ᵒС – средняя температура воздуха снаружи во время периода отопления. Значение указано в столбце 12.
2. Материалы стены
В расчет следует принимать все слои (даже слой штукатурки, если он есть). Это позволит наиболее точно рассчитать конструкцию.
В данном варианте рассмотрим стену, состоящую из следующих материалов:
- слой штукатурки, 2 сантиметра;
- внутренняя верста из кирпича керамического рядового полнотелого толщиной 38 сантиметров;
- слой минераловатного утеплителя Roсkwool, толщина которого подбирается расчетом;
- наружная верста из лицевого керамического кирпича, толщиной 12 сантиметров.
3. Теплопроводность принятых материалов
Все свойства материалов должны быть представлены в паспорте от производителя. Многие компании представляют полную информацию о продукции на своих сайтах. Характеристики выбранных материалов для удобства сводятся в таблицу.
Расчет толщины утеплителя для стены
1. Условие энергосбережения
Расчет значения градусо-суток отопительного периода (ГСОП) производится по формуле:
Dd = (tint — tht) zht.
Все буквенные обозначения, представленные в формуле, расшифрованы в исходных данных.
Dd = (20-(-4,1)) *231=5567,1 ᵒС*сут.
Нормативное сопротивление теплопередаче находим по формуле:
Коэффициенты а и b принимаются по таблице 4, столбец 3 .
Для исходных данных а=0,00045, b=1,9.
Rreq = 0,00045*5567,1+1,9=3,348 м2*ᵒС/Вт.
2. Расчет нормы тепловой защиты исходя из условий санитарии
Данный показатель не рассчитывается для жилых зданий и приводится в качестве примера. Расчет проводят при избытке явного тепла, превышающем 23 Вт/м3, или эксплуатации здания весной и осенью. Также вычисления необходимы при расчетной температуре менее 12ᵒС внутри помещения. Используют формулу 3 :
Коэффициент n принимается по таблице 6 СП «Тепловая защита зданий», αint по таблице 7, Δtn по пятой таблице.
Rreq = 1*(20+31)4*8,7 = 1,47 м2*ᵒС/Вт.
Из двух полученных в первом и втором пункте значений выбирается наибольшее, и дальнейший расчет ведется по нему. В данном случае Rreq = 3,348 м2*ᵒС/Вт.
3. Определение толщины утеплителя
Сопротивление теплопередаче для каждого слоя получают по формуле:
где δ – толщина слоя, λ – его теплопроводность.
а) штукатурка R шт = 0,02/0,87 = 0,023 м2*ᵒС/Вт;
б) кирпич рядовой R ряд.кирп. = 0,38/0,48 = 0,79 м2*ᵒС/Вт;
в) кирпич лицевой Rут = 0,12/0,48 = 0,25 м2*ᵒС/Вт.
Минимальное сопротивление теплопередаче всей конструкции определяется по формуле (, формула 5.6):
Rint = 1/αint = 1/8,7 = 0,115 м2*ᵒС/Вт;
Rext = 1/αext = 1/23 = 0,043 м2*ᵒС/Вт;
∑Ri = 0,023+0,79+0,25 = 1,063 м2*ᵒС/Вт, то есть сумма чисел, полученных в пункте 3;
R_тр^ут= 3,348 – (0,115+0,043+1,063) = 2,127 м2*ᵒС/Вт.
Толщина утеплителя определяется по формуле ( формула 5.7):
δ_тр^ут= 0,038*2,127 = 0,081 м.
Найденная величина является минимальной. Слой утеплителя принимают не меньше этого значения. В данном расчете принимаем окончательно толщину минераловатного утеплителя 10 сантиметров, для того, чтобы не пришлось резать купленный материал.
Для расчетов тепловых потерь здания, которые выполняются для проектирования отопительных систем, необходимо найти фактическое значение сопротивления теплопередаче с найденной толщиной утеплителя.
Rо = Rint+Rext+∑Ri = 1/8,7 + 1/23 + 0,023 + 0,79 + 0,1/0,038 + 0,25 = 3,85 м2*ᵒС/Вт > 3,348 м2*ᵒС/Вт.
Условие выполнено.
Влияние воздушного зазора на теплозащитные характеристики
При устройстве стены, защищенной плитным утеплителем возможно устройство вентилируемой прослойки. Она позволяет отводить конденсат от материала и предотвращать его намокание. Минимальная толщина зазора 1 сантиметр. Это пространство не замкнуто и имеет непосредственное сообщение с наружным воздухом.
При наличии воздушно-вентилируемой прослойки в расчете учитываются только те слои, которые находятся до нее со стороны теплого воздуха. Например, пирог стены состоит из штукатурки, внутренней кладки, утеплителя, воздушной прослойки и наружной кладки. В расчет принимаются только штукатурка, внутренняя кладка и утеплитель. Наружный слой кладки идет после вентзазора, поэтому не учитывается. В данном случае наружная кладка выполняет лишь эстетическую функцию и защищает утеплитель от внешних воздействий.
Важно: при рассмотрении конструкций, где воздушное пространство замкнуто, оно учитывается в расчете. Например, в случае оконных заполнений. Воздух между стеклами играет роль эффективного утеплителя.
Программа «Теремок»
Для выполнения расчета с помощью персонального компьютера специалисты часто используют программу для теплотехнического расчета «Теремок». Она существует в онлайн-варианте и как приложение для оперативных систем.
Программа производит вычисления на основе всех необходимых нормативных документов. Работа с приложением предельно проста. Оно позволяет выполнять работу в двух режимах:
- расчет необходимого слоя утеплителя;
- проверка уже продуманной конструкции.
В базе данных имеются все необходимые характеристики для населенных пунктов нашей страны, достаточно лишь выбрать нужный. Также необходимо выбрать тип конструкции: наружная стена, мансардная кровля, перекрытие над холодным подвалом или чердачное.
При нажатии кнопки продолжения работы появляется новое окно, позволяющее «собрать» конструкцию. Многие материалы имеются в памяти программы. Они подразделены на три группы для удобства поиска: конструкционные, теплоизоляционные и теплоизоляционно-конструкционные. Нужно задать лишь толщину слоя, теплопроводность программа укажет сама.
При отсутствии необходимых материалов их можно добавить самостоятельно, зная теплопроводность.
Перед тем как производить вычисления, необходимо выбрать тип расчета над табличкой с конструкцией стены. В зависимости от этого программа выдаст либо толщину утеплителя, либо сообщит о соответствии ограждающей конструкции нормам. После завершения вычислений, можно сформировать отчет в текстовом формате.
«Теремок» очень удобен для пользования и с ним способен разобраться даже человек без технического образования. Специалистам же он значительно сокращает время на вычисления и оформление отчета в электронном виде.
Главным достоинством программы является тот факт, что она способна вычислить толщину утепления не только наружной стены, но и любой конструкции. Каждый из расчетов имеет свои особенности, и непрофессионалу довольно сложно разобраться во всех. Для строительства частного дома достаточно освоить данное приложение, и не придется вникать во все сложности. Расчет и проверка всех ограждающих поверхностей займет не более 10 минут.
Теплотехнический расчет онлайн (обзор калькулятора)
Теплотехнический расчет можно сделать в Интернете онлайн. Неплохим, как на мое усмотрение являться сервис: rascheta.net . Давайте вкратце рассмотрим, как с ним работать.
Перейдя на сайт онлайн калькулятора, первым делом нужно выбрать нормативы по которым будет производится расчет. Я выбираю свод правил от 2012 года, так как это более новый документ.
Дальше нужно указать регион в котором будет строятся объект. Если нет Вашего города выбирайте ближайший большой город. После этого указываем тип зданий и помещений. Скорей всего Вы будете рассчитывать жилое здание, но можно выбрать общественные, административные, производственные и другие. И последнее, что нужно выбрать — вид ограждающей конструкции (стены, перекрытия, покрытия).
Расчетную среднюю температуру, относительную влажность и коэффициент теплотехнической однородности оставляем такими же, если не знаете как их изменять.
В опциях расчета устанавливаем все две галочки, кроме первой.
В таблице указываем пирог стены начиная снаружи — выбираем материал и его толщину. На этом собственно весь расчет и закончен. Под таблицей будет результат расчета. Если какое-то из условий не выполняется меняем толщину материала или же сам материал, пока данные не будут соответствовать нормативным документам.
Если Вы желаете посмотреть алгоритм расчета, то нажимаем на кнопку «Отчет» внизу страницы сайта.
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?
- 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.
- Грамотно подобранные материалы создадут в помещении оптимальный микроклимат.
- 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:
- Соответствия конструкций современным требованиям по тепловой защите зданий и сооружений.
- Обеспечения во внутренних помещениях комфортного микроклимата.
- 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.
Определить требуемую толщину утеплителя из условия энергосбережения.
Исходные данные. Вариант № 40.
Здание – жилой дом.
Район строительства: г. Оренбург.
Зона влажности – 3 (сухая).
Расчетные условия
|
Наименование расчетных параметров |
Обозначение параметра |
Единица измерения |
Расчетное значение |
|
|
Расчетная температура внутреннего воздуха | ||||
|
Расчетная температура наружного воздуха | ||||
|
Расчетная температура теплого чердака | ||||
|
Расчетная температура техподполья | ||||
|
Продолжительность отопительного периода | ||||
|
Средняя температура наружного воздуха за отопительный период | ||||
|
Градусо-сутки отопительного периода |
Конструкция ограждения
Штукатурка известково-песчаная – 10мм. δ 1 = 0,01м; λ 1 = 0,7 Вт/м∙ 0 С
Кирпич обыкновенный глиняный – 510 мм. δ 2 = 0,51м; λ 2 = 0,7 Вт/м∙ 0 С
Утеплитель URSA: δ 3 = ?м; λ 3 = 0,042 Вт/м∙ 0 С
Воздушная прослойка – 60 мм. δ 3 = 0,06м; R a.l = 0,17 м 2 ∙ 0 С/Вт
Фасадное покрытие (сайдинг) – 5 мм.
Примечание: сайдинговое покрытие в расчете не принимается, т.к. слои конструкции, расположенные между воздушной прослойкой и наружной поверхностью, в теплотехническом расчете не учитываются.
1. Градусо–сутки отопительного периода
D d = (t int – t ht) z ht
где: t int - расчетная средняя температура внутреннего воздуха, °С, определяемая по табл. 1.
D d = (22 + 6,3) 202 = 5717°С∙сут
2. Нормируемое значение сопротивления теплопередаче, R req , табл. 4.
R req = a∙D d + b = 0,00035∙5717 + 1,4 = 3,4 м 2 ∙ 0 С/Вт
3. Минимально допустимая толщина утеплителя определяется из условия R₀ = R req
R 0 = R si + ΣR к + R se =1/α int + Σδ/λ+1/α ext = R req
δ ут = λ ут = ∙0,042 = ∙0,042 = (3,4 – 1,28)∙0,042 = 0,089м
Принимаем толщину утеплителя 0,1м
4. Приведенное сопротивление теплопередаче, R₀, с учетом принятой толщины утеплителя
R 0 = 1/α int + Σδ/λ+1/α ext = 1/8,7 + 0,01/0,7 + 0.51/0,7 + 0,1/0,042 + 0,17 + 1/10,8 = 3,7 м 2 ∙ 0 С/Вт
5. Выполнить проверку конструкции на невыпадение конденсата на внутренней поверхности ограждения.
Температура внутренней поверхности ограждения τ si , 0 С, должна быть выше точки росы t d , 0 С, но не менее чем на 2-3 0 С.
Температуру внутренней поверхности, τ si , стен следует определять по формуле
τ si
= t int
-
/ (R о
α int)
= 22 -
0 С
где: t int – расчетная температура воздуха внутри здания;
t ext - расчетная температура наружного воздуха;
n – коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху и приведенный в таблице 6;
α int - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности наружного ограждения теплого чердака, Вт/ (м ·°С), принимаемый: для стен - 8,7; для покрытий 7-9-этажных домов - 9,9; 10-12-этажных - 10,5; 13 -16-этажных - 12 Вт/(м °С);
R₀ - приведенное сопротивление теплопередаче (наружных стен, перекрытий и покрытий теплого чердака), м °С/Вт.
Температура точки росы t d принимается по таблице 2.
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 полы первых этажей 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.
