Теплотехнические расчеты


В процессе разработки проекта дома очень тщательное внимание нужно уделить теплотехническому расчету наружных стен, чтобы в дальнейшем при эксплуатации не расплачиваться, в прямом смысле, за экономию материалов и неверный подбор ширин и типов ограждающих конструкций.

Определимся с основными вводными:

Место строительства: Тюмень и окрестности
Назначение здания: жилое

Оптимальная температура воздуха в жилой комнате в зимний период согласно ГОСТ 30494-96 табл.1 составляет от +20 до +25 градусов, берем минимально допустимое:

tint = +20 °С

Расчетная температура наружного воздуха text, определяется по таблице 1, столбец 5 СНиП 23-01-99 Строительная климатология:

text = -38 °С

Там же, в 11 столбце, нам понадобится продолжительность отопительного периода, когда среднесуточная температура ниже +8 °С:

zh = 225 суток


Там же, столбец 12, средняя температура наружного воздуха за отопительный период:

tht = -7,2 °С

Это константные величины для нашего региона. Любая переплата в надежность, или, другими словами в утепление конструкции, поможет сократить дополнительные ежегодные расходы на источнике обогрева (газ, дрова, электричество). Не стоит основываться на собственных воспоминаниях о климатических условиях, т. к. они кратковременны и неточны, а здание строится минимум на 50 лет.

Определение градусо-суток отопительного периода (ГСОП):

Dd = (tint - tht) × zht = (20 + 7,2) × 225 = 6120 °С×сут

Нормативное значение приведенного сопротивления теплопередаче:

Rreq= a × Dd + b = 0,00035 × 6120 + 1,4 = 3,542 м2×°С/Вт

Требуемое сопротивление тепловой защите:

R0тр = 3,542 м2×°С/Вт

Это основной показатель, с которым мы будем сравнивать все тепловые сопротивления полученных стен из различных материалов для города Тюмени. Для других регионов нужно его пересчитать, основываясь на СНИП.

Кроме этих данных нам потребуются толщины слоев и их коэффициенты теплопроводности λi. Обычно эти данные открыто публикуются производителями материалов, либо их усредненные показатели можно взять в приложении 3, СНиП II-3-79* Строительная теплотехника.

В нашем примере в качестве утеплителя рассчитаем газоблок «Поревит» толщиной 200 мм, проверим достаточно ли его для утепления.

разрез, кирпичная стена с утеплителем Поревит


Название материала Ширина, м λ1, Вт/(м × °С) R1, м2×°С/Вт
Кирпич фасадный (бессер) 0,08 0,96 0,08 / 0,96 = 0,083
Воздух 0,02
Поревит БП-200 (D500) 0,2 0,12 0,2 / 0,12 = 1,666
Кирпич несущий 0,12 0,87 0,12 / 0,87 = 0,138
Штукатурка 0,02 0,87 0,02 / 0,87 = 0,023

Сумма термических сопротивлений всех слоев стены без учета слоя утеплителя

ΣRi = 0,083+ 0,138 + 0,023 = 0,244 м2×°С/Вт

Требуемое сопротивление утеплителя

Rут = R0тр - (0,115 + 0,044 + ΣRi) = 3,542 - (0,159 + 0,244) = 3,139 м2×°С/Вт

где:

0,115 = Rint = 1/αint = 1/8,7 — сопротивление теплообмену на внутренней поверхности стен

0,044 = Rext = 1/αext = 1/23 — сопротивление теплообмену на наружной поверхности

Требуемая толщина утеплителя δут

δут = λ2 × Rут = 0,12 * 3,139 = 0,38 м = 380 мм

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 αext = 10,8 Вт/(м°С).

Мы получили толщину утеплителя 380 миллиметров, значит блока «Поревит» с толщиной 200 в кладке недостаточно. Блока шириной 380 мм нет в сортаменте, а потому следует использовать близкий по значению 400 мм.

Определим общее термическое сопротивление стены теперь уже с учетом утеплителя:

R0 = 0,115 + 0,044 + 0,244 + 0,4/0,12 = 3,736 м2×°С/Вт

Если общее термическое сопротивление больше требуемого, значит расчет выполнен верно:

3,736 > 3,542 м2×°С/Вт

Лирическое отступление

Некоторые могут возразить, мол, строят стены из чистого «Поревита» толщиной 300 мм и в домах тепло — это верно.

Во-первых, не всегда уличная температура держится в своих минимальных значениях и 7–10 морозных дней можно потерпеть в прохладном здании, а во-вторых, можно добиться комфортной температуры в помещении увеличив расход тепловой энергии (газ, дрова, электричество).

Полученный показатель дает лишь рекомендованную толщину стен, при соблюдении которой, получите температуру в +20 °C в помещениях, при соблюдении технологий возведения прочих ограждающих конструкций: пол, потолок, окна, двери.

Типовые конструкции стен


Разберем варианты из различных материалов и различных вариаций «пирога», но для начала, стоит упомянуть самый дорогой и сегодня крайне редко встречаемый вариант — стена из цельного кирпича. Для Тюмени толщина стены должна быть 770 мм или три кирпича.

Брус

В противовес, достаточно популярный вариант — брус 200 мм. Из схемы и из таблицы ниже становится очевидно, что одного бруса для жилого дома недостаточно. Остается открытым вопрос, достаточно ли утеплить наружные стены одним листом минеральной ваты толщиной 50 мм?

разрез брусовой стены


Название материала Ширина, м λ1, Вт/(м × °С) R1, м2×°С/Вт
Вагонка из хвойных пород 0,01 0,15 0,01 / 0,15 = 0,066
Воздух 0,02
Эковер Стандарт 50 0,05 0,04 0,05 / 0,04 = 1,25
Брус сосновый 0,2 0,15 0,2 / 0,15 = 1,333

Подставляя в предыдущие формулы, получаем требуемую толщину утеплителя δут = 0,08 м = 80 мм.

Отсюда следует что утепления в один слой 50 мм минеральной ваты недостаточно, нужно утеплять в два слоя с перехлестом.

Любителям рубленных, цилиндрованных, клееных и прочих видов деревянных домов. Можете подставить в расчет любую, доступную вам, толщину деревянных стен и убедиться, что без внешнего утепления в холодные периоды вы: либо будете мерзнуть при равных расходах тепловой энергии, либо тратить больше на отопление. К сожалению, чудес не бывает.

Так же стоит отметить несовершенство стыков между бревнами, что неизбежно ведет к теплопотерям. На снимке тепловизора угол дома снятый изнутри.

бревенчатая стена в объективе тепловизора

Керамзитоблок

Следующий вариант так же набрал популярность в последнее время, керамзитоблок 400 мм с облицовкой кирпичом. Выясним какой толщины утеплитель нужен в этом варианте.

разрез стены из шлакоблока с облицовкой кирпичом


Название материала Ширина, м λ1, Вт/(м × °С) R1, м2×°С/Вт
Кирпич 0,12 0,87 0,12 / 0,87 = 0,138
Воздух 0,02
Эковер Стандарт 50 0,05 0,04 0,05 / 0,04 = 1,25
Керамзитоблок 0,4 0,45 0,4 / 0,45 = 0,889

Подставляя в предыдущие формулы, получаем требуемую толщину утеплителя δут = 0,094 м = 94 мм.

Для кладки из керамзитоблока с облицовкой кирпичом требуется минеральный утеплитель толщиной 100 мм.

Газоблок

Газоблок 400 мм с нанесением утеплителя и оштукатуриванием по технологии «мокрый фасад». Величину внешней штукатурки в расчет не включаем из-за крайней малости слоя. Так же, в силу правильной геометрии блоков сократим слой внутренней штукатурки до 1 см.


разрез стены из Поревита

Название материала Ширина, м λ1, Вт/(м × °С) R1, м2×°С/Вт
Эковер Стандарт 50 0,05 0,04 0,05 / 0,04 = 1,25
Поревит БП-400 (D500) 0,4 0,12 0,4 / 0,12 = 3,3
Штукатурка 0,01 0,87 0,01 / 0,87 = 0,012

Подставляя в предыдущие формулы, получаем требуемую толщину утеплителя δут = 0,003 м = 3 мм.

Здесь напрашивается вывод: блок Поревит толщиной 400 мм не требует утеплителя с внешней стороны, достаточно внешней и внутренней штукатурки или отделки фасадными панелями.


Важное замечание!

Несмотря на то, что мы получили для газобетона минимальную толщину утеплителя, это вовсе не значит что он не нужен — обязательно нужен.

Если объяснить это коротко, то коэффициенты теплороводности λ всех материалов указываются для идеальных условий: постоянная температура и влажность. В жизни же газобетон увлажняется из-за разности температур внутри и снаружи дома, при этом значительно теряет свои характеристики теплопроводности.

Заключение

Таинство теплотехнического расчета открывает не только возможность в подборе стеновых ограждений: пирог утепленной кровли, полы первого этажа и чердачные перекрытия, всё считается с применением этих формул. Для пола нужно учитывать, что температура в пространстве между землей и полом не опускается ниже +5 градусов, поэтому требуемое сопротивление тепловой защите R0тр придется подобрать по-новой.

Станет ли дом тёплым и экономичным зависит только от вас, а в следующей статье мы разберём вопросы: конденсата, точки росы, правильного утепления газобетона и почему в качестве утеплителя стен не стоит использовать пенопласт и пенополистирол.

Теплотехнический расчет ограждающих конструкций производится для определения требуемого теплоизоляционного материала и его оптимальной толщины, для обеспечения нужного теплоизоляционного эффекта.


Ограждающие конструкции — это стены, крыша, полы и перекрытия эдания. Ограждающие конструкции изготавливаются из множества различных материалов , среди которых находятся и утеплители. При теплотехническом расчете ограждающих конструкций учитывается толщина и теплофизические свойства материалов, из которых изготовлены стены, условия эксплуатации, влажностной режим помещения и уровень влажности воздуха (в зависимости от географии).

Теплотехнический расчет ограждающих конструкций производится по целому ряду формул, в зависимости от вида утепляемого узла с учетом всех влияющих факторов.

Теплотехнический расчет — это определение минимально допустимых размеров толщины ограждающей конструкции для предотвращения промерзания и перегрева помещений.

Основным параметром для проведения расчетов служит климатическая зона, в которой будет расположено здание. Учитывается технологический тип помещения (жилое, производственное, лечебное).

Вторым, по значимости, параметром является целостность стены (будет ли она цельной или иметь проемы). Далее учитывается теплопроводность основного материала изготовления стены.

Проводя теплотехнический расчет ограждающей конструкции необходимо учитывать разности внутренних и наружных температур, длительность отопительного периода.

При расчетах необходимо предусматривать варианты применения теплоизоляционных материалов. Важную роль при производстве расчета играет требуемая внутренняя влажность помещения.Перед проведением расчетов необходимо учесть параметры архитекторского проекта (этажность, перекрытия и т.д.).

Теплотехнический расчет наружной стены служит для определения минимально необходимой толщины стен в соответствии со строительными нормами и правилами, позволяет оптимизировать затраты на обогрев помещений и всего здания в холодный период. Проводится теплотехнический расчет наружной стены для тех зданий, которые эксплуатируются круглогодично и разница температуры воздуха снаружи и внутри помещения требует возведения теплового барьера.

Теплотехнические расчеты

Для расчета используют данные о климате района строительства, назначении и конструкции здания, режиме его эксплуатации (сезонная, постоянная) и применяемых материалов.

При наличии всех перечисленных данных, используя схематические карты влажности, составленные для всей территории Российской Федерации, определяются расчетные коэффициенты теплопроводности и теплоусвоения материалов стены. На основании этих коэффициентов рассчитывается требуемая толщина наружных стен, обосновывается необходимость применения утеплителей и материалов внешней отделки, а также оптимальная система отопления здания.

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 [1].
  • СНиП 23-01-99* (СП 131.13330.2012). «Строительная климатология». Актуализированная редакция от 2012 года [2].
  • СП 23-101-2004. «Проектирование тепловой защиты зданий» [3].
  • ГОСТ 30494-96 (заменен на ГОСТ 30494-2011 с 2011 года). «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях» [4].
  • Пособие. Е.Г. Малявина «Теплопотери здания. Справочное пособие» [5].

Скачать СНиПы и СП вы можете здесь, ГОСТ — здесь, а Пособие — здесь.

Рассчитываемые параметры

В процессе выполнения теплотехнического расчета определяют:

  • теплотехнические характеристики строительных материалов ограждающих конструкций;
  • приведённое сопротивление теплопередачи;
  • соответствие этого приведённого сопротивления нормативному значению.

Дальше будут приведен пример теплотехнического расчета без воздушной прослойки.

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 tint= 20°С (ГОСТ 30494-96 табл.1).

Расчетная температура наружного воздуха text, 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 zht = 215 сут (СНиП 23-01-99 табл. 1 столбец 11);

Средняя температура наружного воздуха за отопительный период tht = -4,1°С (СНиП 23-01-99 табл. 1 столбец 12).

2. Конструкция стены

Расчет толщины утеплителя

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.

теплопроводности слоев стены

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:

Dd = (tinttht)zht = (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:

Rreq= a×Dd + b = 0,00035 × 5182 + 1,4 = 3,214м2×°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/м3 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):

расчет нормативного сопротивления теплопередачи по условию санитариигде: n = 1 — коэффициент, принятый по таблице 6 [1] для наружной стены;

tint = 20°С — значение из исходных данных;

text = -31°С — значение из исходных данных;

Δtn = 4°С — нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимается по таблице 5 [1] в данном случае для наружных стен жилых зданий;

αint = 8,7 Вт/(м2×°С) — коэффициент теплопередачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимается по таблице 7 [1] для наружных стен.

4.3. Норма тепловой защиты

Из приведенных выше вычислений за требуемое сопротивление теплопередачи выбираем Rreq из условия энергосбережения и обозначаем его теперь Rтр0=3,214м2×°С/Вт.

5. Определение толщины утеплителя

Для каждого слоя заданной стены необходимо рассчитать термическое сопротивление по формуле:

где: δi- толщина слоя, мм;

λi — расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя Вт/(м × °С).

1 слой (декоративный кирпич): R1 = 0,09/0,96 = 0,094 м2×°С/Вт.

3 слой (силикатный кирпич): R3 = 0,25/0,87 = 0,287 м2×°С/Вт.

4 слой (штукатурка): R4 = 0,02/0,87 = 0,023 м2×°С/Вт.

Определение минимально допустимого (требуемого) термического сопротивления теплоизоляционного материала (формула 5.6 Е.Г. Малявина «Теплопотери здания. Справочное пособие»):

Теплотехнические расчеты

где: Rint = 1/αint = 1/8,7 — сопротивление теплообмену на внутренней поверхности;

Rext = 1/αext = 1/23 — сопротивление теплообмену на наружной поверхности, αext принимается по таблице 14 [5] для наружных стен;

ΣRi = 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, м2·°С/Вт

Толщина утеплителя равна (формула 5,7 [5]):

Теплотехнические расчеты

где: λут — коэффициент теплопроводности материала утеплителя, Вт/(м·°С).

Определение термического сопротивления стены из условия, что общая толщина утеплителя будет 250 мм (формула 5.8 [5]):

Теплотехнические расчеты

где: ΣRт,i — сумма термических сопротивлений всех слоев ограждения, в том числе и слоя утеплителя, принятой конструктивной толщины, м2·°С/Вт.

Из полученного результата можно сделать вывод, что

R0 = 3,503м2×°С/Вт > Rтр0 = 3,214м2×°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 αext = 10,8 Вт/(м°С).

Примечание: влияние воздушной прослойки учитывается, например, при теплотехническом расчете пластиковых стеклопакетов.


Использованные источники

  1. ushakova.city/articles/48/
  2. wayhome.tv/2011/12/osobennosti-teplotexnicheskogo-rascheta/
  3. teploteam.ru/stati/teplotechnicheskie-rascheti
  4. svoydomtoday.ru/utepleniye-konstrukciy/210-teplotehnicheskiy порно

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.