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
- 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 - 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.
- «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/ - 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.
Давным-давно здания и сооружения строились, не задумываясь о том, какими теплопроводными качествами обладают ограждающие конструкции. Другими словами, стены делались просто толстыми. И если вам когда-нибудь случалось быть в старых купеческих домах, то вы могли заметить, что наружные стены этих домов выполнены из керамического кирпича, толщина которых составляет порядка 1,5 метров. Такая толщина кирпичной стены обеспечивала и обеспечивает до сих пор вполне комфортное пребывание людей в этих домах даже в самые лютые морозы.
В настоящее же время все изменилось. И сейчас экономически не выгодно делать стены такими толстыми. Поэтому были придуманы материалы, которые могут ее уменьшить. Одни из них: утеплители и газосиликатные блоки. Благодаря этим материалам, например, толщина кирпичной кладки может быть снижена до 250 мм.
Теперь стены и перекрытия чаще всего делают 2-х или 3-х слойными, одним слоем из которых является материал с хорошими теплоизоляционными свойствами. А для того, чтобы определить оптимальную толщину этого материала, проводится теплотехнический расчет и определяется точка росы.
Как производится расчет по определению точки росы вы можете ознакомиться на следующей странице. Здесь же будет рассмотрен теплотехнический расчет на примере.
Необходимые нормативные документы
Для расчета потребуются два СНиПа, один СП, один ГОСТ и одно пособие:
- СНиП 23-02-2003 (СП 50.13330.2012). "Тепловая защита зданий". Актуализированная редакция от 2012 года .
- СНиП 23-01-99* (СП 131.13330.2012). "Строительная климатология". Актуализированная редакция от 2012 года .
- СП 23-101-2004. "Проектирование тепловой защиты зданий" .
- ГОСТ 30494-96 (заменен на ГОСТ 30494-2011 с 2011 года). "Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях" .
- Пособие. Е.Г. Малявина "Теплопотери здания. Справочное пособие" .
Рассчитываемые параметры
В процессе выполнения теплотехнического расчета определяют:
- теплотехнические характеристики строительных материалов ограждающих конструкций;
- приведённое сопротивление теплопередачи;
- соответствие этого приведённого сопротивления нормативному значению.
Пример. Теплотехнический расчет трехслойной стены без воздушной прослойки
Исходные данные
1. Климат местности и микроклимат помещения
Район строительства: г. Нижний Новгород.
Назначение здания: жилое .
Расчетная относительная влажность внутреннего воздуха из условия не выпадения конденсата на внутренних поверхностях наружных ограждений равна - 55% (СНиП 23-02-2003 п.4.3. табл.1 для нормального влажностного режима).
Оптимальная температура воздуха в жилой комнате в холодный период года t int = 20°С (ГОСТ 30494-96 табл.1).
Расчетная температура наружного воздуха t ext , определяемая по температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 = -31°С (СНиП 23-01-99 табл. 1 столбец 5);
Продолжительность отопительного периода со средней суточной температурой наружного воздуха 8°С равна z ht = 215 сут (СНиП 23-01-99 табл. 1 столбец 11);
Средняя температура наружного воздуха за отопительный период t ht = -4,1°С (СНиП 23-01-99 табл. 1 столбец 12).
2. Конструкция стены
Стена состоит из следующих слоев:
- Кирпич декоративный (бессер) толщиной 90 мм;
- утеплитель (минераловатная плита), на рисунке его толщина обозначена знаком "Х", так как она будет найдена в процессе расчета;
- силикатный кирпич толщиной 250 мм;
- штукатурка (сложный раствор), дополнительный слой для получения более объективной картины, так как его влияние минимально, но есть.
3. Теплофизические характеристики материалов
Значения характеристик материалов сведены в таблицу.
Примечание (*): Данные характеристики можно также найти у производителей теплоизоляционных материалов.
Расчет
4. Определение толщины утеплителя
Для расчета толщины теплоизоляционного слоя необходимо определить сопротивление теплопередачи ограждающей конструкции исходя из требований санитарных норм и энергосбережения.
4.1. Определение нормы тепловой защиты по условию энергосбережения
Определение градусо-суток отопительного периода по п.5.3 СНиП 23-02-2003:
D d = ( t int - t ht ) z ht = (20 + 4,1)215 = 5182°С×сут
Примечание:
также градусо-сутки имеют обозначение - ГСОП.
Нормативное значение приведенного сопротивления теплопередаче следует принимать не менее нормируемых значений, определяемых по СНИП 23-02-2003 (табл.4) в зависимости от градусо-суток района строительства:
R req = a×D d + b = 0,00035 × 5182 + 1,4 = 3,214м 2 × °С/Вт ,
где: Dd - градусо-сутки отопительного периода в Нижнем Новгороде,
a и b - коэффициенты, принимаемые по таблице 4 (если СНиП 23-02-2003) или по таблице 3 (если СП 50.13330.2012) для стен жилого здания (столбец 3).
4.1. Определение нормы тепловой защиты по условию санитарии
В нашем случае рассматривается в качестве примера, так как данный показатель рассчитывается для производственных зданий с избытками явной теплоты более 23 Вт/м 3 и зданий, предназначенных для сезонной эксплуатации (осенью или весной), а также зданий с расчетной температурой внутреннего воздуха 12 °С и ниже приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций (за исключением светопрозрачных).
Определение нормативного (максимально допустимого) сопротивления теплопередаче по условию санитарии (формула 3 СНиП 23-02-2003):
где: n = 1 - коэффициент, принятый по таблице 6 для наружной стены;
t int = 20°С - значение из исходных данных;
t ext = -31°С - значение из исходных данных;
Δt n = 4°С - нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимается по таблице 5 в данном случае для наружных стен жилых зданий;
α int = 8,7 Вт/(м 2 ×°С) - коэффициент теплопередачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимается по таблице 7 для наружных стен.
4.3. Норма тепловой защиты
Из приведенных выше вычислений за требуемое сопротивление теплопередачи выбираем R req из условия энергосбережения и обозначаем его теперь R тр0 =3,214м 2 × °С/Вт .
5. Определение толщины утеплителя
Для каждого слоя заданной стены необходимо рассчитать термическое сопротивление по формуле:
где: δi- толщина слоя, мм;
λ i - расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя Вт/(м × °С).
1 слой (декоративный кирпич): R 1 = 0,09/0,96 = 0,094 м 2 × °С/Вт .
3 слой (силикатный кирпич): R 3 = 0,25/0,87 = 0,287 м 2 × °С/Вт .
4 слой (штукатурка): R 4 = 0,02/0,87 = 0,023 м 2 × °С/Вт .
Определение минимально допустимого (требуемого) термического сопротивления теплоизоляционного материала (формула 5.6 Е.Г. Малявина "Теплопотери здания. Справочное пособие"):
где: R int = 1/α int = 1/8,7 - сопротивление теплообмену на внутренней поверхности;
R ext = 1/α ext = 1/23 - сопротивление теплообмену на наружной поверхности, α ext принимается по таблице 14 для наружных стен;
ΣR i = 0,094 + 0,287 + 0,023 - сумма термических сопротивлений всех слоев стены без слоя утеплителя, определенных с учетом коэффициентов теплопроводности материалов, принятых по графе А или Б (столбцы 8 и 9 таблицы Д1 СП 23-101-2004) в соответствии с влажностными условиями эксплуатации стены, м 2 ·°С/Вт
Толщина утеплителя равна (формула 5,7 ):
где: λ ут - коэффициент теплопроводности материала утеплителя, Вт/(м·°С).
Определение термического сопротивления стены из условия, что общая толщина утеплителя будет 250 мм (формула 5.8 ):
где: ΣR т,i - сумма термических сопротивлений всех слоев ограждения, в том числе и слоя утеплителя, принятой конструктивной толщины, м 2 ·°С/Вт.
Из полученного результата можно сделать вывод, что
R 0 = 3,503м 2 × °С/Вт > R тр0 = 3,214м 2 × °С/Вт → следовательно, толщина утеплителя подобрана правильно .
Влияние воздушной прослойки
В случае, когда в трехслойной кладке в качестве утеплителя применяются минеральная вата, стекловата или другой плитный утеплитель, необходимо устройство воздушной вентилируемой прослойки между наружной кладкой и утеплителем. Толщина этой прослойки должна составлять не менее 10 мм, а желательно 20-40 мм. Она необходима для того, чтобы осушать утеплитель, который намокает от конденсата.
Данная воздушная прослойка является не замкнутым пространством, поэтому в случае ее наличия в расчете необходимо учитывать требования п.9.1.2 СП 23-101-2004, а именно:
а) слои конструкции, расположенные между воздушной прослойкой и наружной поверхностью (в нашем случае - это декоративный кирпич (бессер)), в теплотехническом расчете не учитываются;
б) на поверхности конструкции, обращенной в сторону вентилируемой наружным воздухом прослойки, следует принимать коэффициент теплоотдачи α ext = 10,8 Вт/(м°С).
Примечание: влияние воздушной прослойки учитывается, например, при теплотехническом расчете пластиковых стеклопакетов.
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*)
|
№ по схеме |
Материал |
Характеристика материала в сухом состоянии |
Расчетные коэффициенты (при условии эксплуатации по приложению 2) СНиП II-3-79* |
||||
|
Плотность γ 0, кг/м 3 |
Коэффициент теплопроводности λ, Вт/м*°С |
Теплопроводности λ, Вт/м*°С |
Теплоусвоения (при периоде 24 ч) S, м 2 *°С/Вт |
||||
|
Цементно-песчаный раствор (поз. 71) |
1800 |
0.57 |
0.76 |
0.93 |
11.09 |
||
|
Кирпичная кладка из сплошного кирпича силикатного (ГОСТ 379-79) на цементно-песчаном растворе (поз. 87) |
1800 |
0.88 |
0.76 |
0.87 |
9.77 |
10.90 |
|
|
Пенополистирол (ГОСТ 15588-70) (поз. 144) |
0.038 |
0.038 |
0.041 |
0.41 |
0.49 |
||
|
Цементно-песчаный раствор – тонкослойная штукатурка (поз. 71) |
1800 |
0.57 |
0.76 |
0.93 |
11.09 |
||
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*)
|
Здания и помещения |
Градусо-сутки отпительного периода, ° С*сут |
Приведенное сопротивление теплопередаче стен, не менее R 0 тр (м 2 *°С)/Вт |
|
Общественные административные и бытовые, за исключением помещений с влажным или мокрым режимом |
5746 |
3,41 |
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
Исходные данные
Место строительства – г. Омск
z ht = 221 суток
t ht = -8,4ºС.
t ext = -37ºС.
t int = + 20ºС;
влажность воздуха: = 55 %;
Условия эксплуатации ограждающих конструкций – Б. Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения а i nt = 8,7 Вт/м 2 °С.
a ext = 23 Вт/м 2 ·°С.
Необходимые данные о конструктивных слоях стены для теплотехнического расчёта сведены в таблицу.
1. Определение градусо-суток отопительного периода по формуле (2) СП 23-101-2004:
D d = (t int - t ht) z th = (20–(8,4))·221= 6276,40
2. Нормируемое значение сопротивления теплопередаче наружных стен по формуле (1)СП 23-101-2004:
R reg = a · D d + b =0,00035·6276,40+ 1,4 =3,6м 2 ·°С/Вт.
3. Приведенное сопротивление теплопередаче R 0 r наружных кирпичных стен с эффективным утеплителем жилых зданий рассчитывается по формуле
R 0 r = R 0 усл r,
где R 0 усл – сопротивление теплопередаче кирпичных стен, условно определяемое по формулам (9) и (11) без учета теплопроводных включений,м 2 ·°С/Вт;
R 0 r - приведенное сопротивление теплопередаче с учетом коэффициента теплотехнической однородности r , который для стен равен 0,74.
Расчёт ведётся из условия равенства
следовательно,
R 0 усл = 3,6/0,74 = 4,86м 2 ·°С /Вт
R 0 усл =R si +R k +R se
R k = R reg - (R si + R se)= 3,6- (1/8,7 + 1/23) = 3,45 м 2 ·°С /Вт
4. Термическое сопротивление наружной кирпичной стены слоистой конструкции может быть представлено как сумма термических сопротивлений отдельных слоев, т.е.
R к = R 1 + R 2 + R ут +R 4
5. Определяем термическое сопротивление утеплителя:
R ут = R к + (R 1 + R 2 + R 4) = 3,45– (0,037 + 0,79) = 2,62 м 2 ·°С/Вт.
6. Находим толщину утеплителя:
| Ри |
Принимаем толщину утеплителя 100 мм.
Окончательная толщина стены будет равна (510+100) = 610 мм.
Производим проверку с учетом принятой толщины утеплителя:
R 0 r = r (R si +R 1 + R 2 + R ут + R 4 + R se) = 0,74 (1/8,7 + 0,037 + 0,79 + 0,10/0,032+ 1/23) = 4,1м 2 ·°С/Вт.
УсловиеR 0 r = 4,1> = 3,6м 2 ·°С/Вт выполняется.
Проверка выполнения санитарно-гигиенических требований
тепловой защиты здания
1. Проверяем выполнение условия 
:
∆t = (t int – t ext)/R 0 r a int = (20-(37))/4,1·8,7 = 1,60 ºС
Согласно табл. 5СП 23-101-2004 ∆t n = 4 °С, следовательно, условие ∆t = 1,60< ∆t n = 4 ºС выполняется.
2. Проверяем выполнение условия 
:
] = 20 – =
20 – 1,60 = 18,40ºС
3. Согласно приложению Сп 23-101–2004 для температуры внутреннего воздуха t
int = 20 ºС и относительной влажности = 55 % температура точки росы t
d = 10,7ºС, следовательно, условие τsi = 18,40>t
d = 
выполняется.
Вывод . Ограждающая конструкция удовлетворяет нормативным требованиям тепловой защиты здания.
4.2 Теплотехнический расчет мансардногопокрытия.
Исходные данные
Определить толщину утеплителя чердачного перекрытия, состоящего из утеплителя δ = 200 мм, пароизоляции, проф. листа
Чердачное перекрытие:
Совмещённое покрытие:
Место строительства – г. Омск
Продолжительность отопительного периода z ht = 221 суток.
Средняя расчетная температура отопительного периода t ht = -8,4ºС.
Температура холодной пятидневки t ext = –37ºС.
Расчет произведен для пятиэтажного жилого дома:
температура внутреннего воздуха t int = + 20ºС;
влажность воздуха: = 55 %;
влажностный режим помещения – нормальный.
Условия эксплуатации ограждающих конструкций – Б.
Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения а i nt = 8,7 Вт/м 2 °С.
Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения a ext = 12 Вт/м 2 ·°С.
Наименование материала Y 0 , кг / м³ δ , м λ , мR , м 2 ·°С/Вт
1. Определение градусо-суток отопительного периода по формуле (2)СП 23-101-2004:
D d = (t int - t ht) z th = (20 –8,4) · 221=6276,4ºСсут
2. Нормирование значение сопротивления теплопередаче чердачного перекрытия по формуле (1) СП 23-101-2004:
R reg = a · D d + b , где а и b – выбираем по таблице 4 СП 23-101-2004
R reg = a · D d + b = 0,00045 · 6276,4+ 1,9 = 4,72м² · ºС / Вт
3. Теплотехнический расчет ведется из условия равенства общего термического сопротивления R 0 нормируемому R reg , т.е.
4. Из формулы (8) СП 23-100-2004 определяем термическое сопротивление ограждающей конструкции R k (м² · ºС / Вт)
R k = R reg - (R si + R se)
R reg = 4,72м² · ºС / Вт
R si = 1 / α int = 1 / 8,7 = 0,115 м² · ºС / Вт
R se = 1 / α ext = 1 / 12 = 0,083 м² · ºС / Вт
R k = 4,72– (0,115 + 0,083) = 4,52м² · ºС / Вт
5. Термическое сопротивление ограждающей конструкции (чердачного перекрытия) может быть представлена как сумма термических сопротивлений отдельных слоев:
R к = R жб + R пи + R цс + R ут → R ут = R к + (R жб + R пи + R цс) = R к - (d/ λ) =4,52 – 0,29 = 4,23
6. Используем формулу (6) СП 23-101-2004, определим толщину утепляющего слоя:
d ут = R ут · λ ут = 4,23· 0,032= 0,14 м
7. Принимаем толщину утепляющего слоя 150мм.
8. Считаем общее термическое сопротивление R 0:
R 0 = 1 / 8,7 + 0,005 / 0,17+0,15/0,032 + 1 / 12 = 0,115 + 4,69+ 0,083 =4,89м² · ºС / Вт
R 0 ≥ R reg 4,89 ≥ 4,72 удовлетворяет требованию
Проверка выполнения условий
1. Проверяем выполнение условия ∆t 0 ≤ ∆t n
Величину ∆t 0 определяем по формуле (4) СНиП 23-02-2003:
∆t 0 = n ·(t int - t ext) / R 0 · a int где, n – коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности к наружному воздуху по табл. 6
∆t 0 = 1(20+37) / 4,89 · 8,7 = 1,34ºС
Согласно табл. (5) СП 23-101-2004∆t n = 3 ºС, следовательно, условие ∆t 0 ≤ ∆t n выполняется.
2. Проверяем выполнение условия τ >t d
Значение τ рассчитываем по формуле (25) СП 23-101-2004
t si = t int – [n (t int –t ext )]/(R o a int )
τ = 20- 1(20+26) / 4,89· 8,7 = 18,66 ºС
3. Согласно приложению Р СП 23-01-2004 для температуры внутреннего воздуха t int = +20 ºС и относительной влажности φ = 55% температура точки росы t d = 10,7 ºС, следовательно, условие τ >t d выполняется.
Вывод: чердачное перекрытие удовлетворяет нормативным требованиям.
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.