Теплотехнический расчет кирпичной стены 510. Теплотехнический расчет наружной кирпичной стены. Необходимость выполнения расчета
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.
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.
Если вы собрались построить
небольшой кирпичный коттедж, то у Вас конечно же возникнут вопросы: «Какой
толщины должна быть стена?», «Нужен ли утеплитель?», «С какой стороны класть
утеплитель?» и т.д. и т.п.
В данной статье мы попробуем в
этом разобраться и ответить на все Ваши вопросы.
Теплотехнический расчет
ограждающей конструкции нужен, в первую очередь, для того чтобы узнать, какой
толщины должна быть ваша наружная стена.
Во-первых, нужно решить, сколько
этажей будет в вашем здании и в зависимости от этого производится расчет
ограждающих конструкций по несущей способности (не в этой статье).
По данному расчету мы определяем
количество кирпичей в кладке вашего здания.
Например, получилось 2 глиняного
кирпича без пустот, длина кирпича 250 мм,
толщина раствора 10 мм, итого получается 510 мм (плотность кирпича 0.67
в дальнейшем нам пригодится). Наружную поверхность Вы решили покрыть
облицовочной плиткой, толщина 1 см (при покупке обязательно узнать ее
плотность), а внутреннюю поверхность обыкновенной штукатуркой, толщина слоя 1.5
см, также не забудьте узнать ее плотность. В сумме 535мм.
Для того чтобы здание не
разрушилось этого конечно же хватить, но к сожалению в большинстве городов
России зимы холодные и следовательно такие стены будут промерзать. А чтобы не
стены промерзали, нужен еще слой утеплителя.
Рассчитывается толщина слоя утеплителя
следующим образом:
1. В интернете нужно скачать СНиП
II
3-79* —
«Строительная теплотехника» и СНиП 23-01-99 - «Строительная климатология».
2. Открываем СНиП строительная
климатология и находим свой город в таблице 1*, и смотрим значение на пересечении
столбца «Температура воздуха наиболее холодной пятидневки, °С, обеспечен-ностью
0.98» и строки с вашим городом. Для города Пензы например t
н
= -32 о С.
3. Расчетная температура внутреннего воздуха
берем
t в = 20 о С.
Коэффициент теплоотдачи для внутренних стен a в = 8,7Вт/м 2 ·˚С
Коэффициент теплоотдачи для наружных стен в зимних условиях a н = 23Вт/м 2 ·˚С
Нормативный температурный перепад между температурой внутреннего
воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающих конструкцийΔ
t
н
= 4 о С.
4. Далее
определяем требуемое сопротивление теплопередаче по формуле #G0
(1а) из строительной теплотехники
ГСОП = (t в — t от.пер.) z от.пер , ГСОП=(20+4,5)·207=507,15 (для города
Пензы).
По формуле (1) рассчитываем:
(где сигма это непосредственно толщина
материала, а лямбда плотность. Я
взял в качестве утеплителя
пенополиуретановые
панели с плотностью 0.025)
Принимаем толщину утеплителяравной 0,054 м.
Отсюда толщина стены будет:
d = d 1 + d 2 + d 3 + d 4 =
0,01+0,51+0,054+0,015=0,589
м.
Сезон ремонта подошел. Голову сломала: как сделать хороший ремонт за меньшие деньги. Про кредит мыслей нет. Опора только на имеющиеся...
Вместо того чтобы откладывать генеральный ремонт из года в год, можно приготовиться к нему так, чтобы пережить его в меру...
Для начало нужно убрать всё что осталось от старой компании которая там работала. Ломаем искусственную перегородку. После этого сдираем все...
При эксплуатации здания нежелателен как перегрев, так и промерзание. Определить золотую середину позволит теплотехнический расчет, который не менее важен, чем вычисление экономичности, прочности, стойкости к огню, долговечности.
Исходя из теплотехнических норм, климатических характеристик, паро – и влагопроницаемости осуществляется выбор материалов для сооружения ограждающих конструкций. Как выполнить этот расчет, рассмотрим в статье.
От теплотехнических особенностей капитальных ограждений здания зависит многое. Это и влажность конструктивных элементов, и температурные показатели, которые влияют на наличие или отсутствие конденсата на межкомнатных перегородках и перекрытиях.
Расчет покажет, будут ли поддерживаться стабильные температурные и влажностные характеристики при плюсовой и минусовой температуре. В перечень этих характеристик входит и такой показатель, как количество тепла, теряющегося ограждающими конструкциями строения в холодный период.
Нельзя начинать проектирование, не имея всех этих данных. Опираясь на них, выбирают толщину стен и перекрытий, последовательность слоев.
По регламенту ГОСТ 30494-96 температурные значения внутри помещений. В среднем она равна 21⁰. При этом относительная влажность обязана пребывать в комфортных рамках, а это в среднем 37%. Наибольшая скорость перемещения массы воздуха - 0,15 м/с
Теплотехнический расчет ставит перед собой цели определить:
- Идентичны ли конструкции заявленным запросам с точки зрения тепловой защиты?
- Настолько полно обеспечивается комфортный микроклимат внутри здания?
- Обеспечивается ли оптимальная тепловая защита конструкций?
Основной принцип - соблюдение баланса разности температурных показателей атмосферы внутренних конструкций ограждений и помещений. Если его не соблюдать, тепло будут поглощать эти поверхности, а внутри температура останется очень низкой.
На внутреннюю температуру не должны существенно влиять изменения теплового потока. Эту характеристику называют теплоустойчивостью.
Путем выполнения теплового расчета определяют оптимальные пределы (минимальный и максимальный) габаритов стен, перекрытий по толщине. Это является гарантией эксплуатации здания на протяжении длительного периода как без экстремальных промерзаний конструкций, так и перегревов.
Параметры для выполнения расчетов
Чтобы выполнить теплорасчет, нужны исходные параметры.
Зависят они от ряда характеристик:
- Назначения постройки и ее типа.
- Ориентировки вертикальных ограждающих конструкций относительно направленности к сторонам света.
- Географических параметров будущего дома.
- Объема здания, его этажности, площади.
- Типов и размерных данных дверных, оконных проемов.
- Вида отопления и его технических параметров.
- Количества постоянных жильцов.
- Материала вертикальных и горизонтальных оградительных конструкций.
- Перекрытия верхнего этажа.
- Оснащения горячим водоснабжением.
- Вида вентиляции.
Учитываются при расчете и другие конструктивные особенности строения. Воздухопроницаемость ограждающих конструкций не должна способствовать чрезмерному охлаждению внутри дома и снижать теплозащитные характеристики элементов.
Потери тепла вызывает и переувлажнение стен, а кроме того, это влечет за собой сырость, отрицательно влияющую на долговечность здания.
В процессе расчета, прежде всего, определяют теплотехнические данные стройматериалов, из которых изготавливаются ограждающие элементы строения. Помимо этого, определению подлежит приведенное сопротивление теплопередачи и сообразность его нормативному значению.
Формулы для производства расчета
Утечки тепла, теряемого домом, можно разделить на две основные части: потери через ограждающие конструкции и потери, вызванные функционированием . Кроме того, тепло теряется при сбросе теплой воды в канализационную систему.
Для материалов, из которых устроены ограждающие конструкции, нужно найти величину показателя теплопроводности Кт (Вт/м х градус). Они есть в соответствующих справочниках.
Теперь, зная толщину слоев, по формуле: R = S/Кт , высчитывают термическое сопротивление каждой единицы. Если конструкция многослойная, все полученные значения складывают.
Размеры тепловых потерь проще всего определить путем сложения тепловых течений через ограждающие конструкции, которые собственно и образуют это здание
Руководствуясь такой методикой, к учету принимают тот момент, что материалы, составляющие конструкции, имеют неодинаковую структуру. Также учитывается, что поток тепла, проходящий сквозь них, имеет разную специфику.
Для каждой отдельной конструкции теплопотери определяют по формуле:
Q = (A / R) х dT
- А - площадь в м².
- R - сопротивление конструкции теплопередаче.
- dT - разность температур снаружи и изнутри. Определять ее нужно для самого холодного 5- дневного периода.
Выполняя расчет таким образом, можно получить результат только для самого холодного пятидневного периода. Общие теплопотери за весь холодный сезон определяют путем учета параметра dT, учитывая температуру не самую низкую, а среднюю.
В какой степени усваивается тепло, а также теплоотдача зависит от влажности климата в регионе. По этой причине при вычислениях применяют карты влажности
Для этого есть формула:
W = ((Q + Qв) х 24 х N)/1000
В ней N - длительность отопительного периода в днях.
Недостатки расчета по площади
Расчет, основанный на площадном показателе, не отличается большой точностью. Здесь не принят во внимание такой параметр, как климат, температурные показатели как минимальные, так и максимальные, влажность. Из-за игнорирования многих важных моментов расчет имеет значительные погрешности.
Часто стараясь перекрыть их, в проекте предусматривают «запас».
Если все же для расчета выбран этот способ, нужно учитывать следующие нюансы:
- При высоте вертикальных ограждений до трех метров и наличии не более двух проемов на одной поверхности, результат лучше умножить на 100 Вт.
- Если в проект заложен балкон, два окна либо лоджия, умножают в среднем на 125 Вт.
- Когда помещения промышленные или складские, применяют множитель 150 Вт.
- В случае расположения радиаторов вблизи окон, их проектную мощность увеличивают на 25%.
Формула по площади имеет вид:
Q=S х 100 (150) Вт.
Здесь Q - комфортный уровень тепла в здании, S - площадь с отоплением в м². Числа 100 или 150 - удельная величина тепловой энергии, расходуемой для нагрева 1 м².
Потери через вентиляцию дома
Ключевым параметром в этом случае является кратность воздухообмена. При условии, что стены дома паропроницаемые, эта величина равна единице.
Проникновение холодного воздуха в дом осуществляется по приточной вентиляции. Вытяжная вентиляция способствует уходу теплого воздуха. Снижает потери через вентиляцию рекуператор-теплообменник. Он не допускает ухода тепла вместе с выходящим воздухом, а входящие потоки он нагревает
Предусматривается полное обновление воздуха внутри здания за один час. Здания, построенные по стандарту DIN, имеют стены с пароизоляцией, поэтому здесь кратность воздухообмена принимают равной двум.
Есть формула, по которой определяют теплопотери через систему вентиляции:
Qв = (V х Кв: 3600) х Р х С х dT
Здесь символы обозначают следующее:
- Qв - теплопотери.
- V - объем комнаты в мᶾ.
- Р - плотность воздуха. еличина ее принимается равной 1,2047 кг/мᶾ.
- Кв - кратность воздухообмена.
- С - удельная теплоемкость. Она равна 1005 Дж/кг х С.
По итогам этого расчета можно определить мощность теплогенератора отопительной системы. В случае слишком высокого значения мощности выходом из ситуации может стать . Рассмотрим несколько примеров для домов из разных материалов.
Пример теплотехнического расчета №1
Рассчитаем жилой дом, находящийся в 1 климатическом районе (Россия), подрайон 1В. Все данные взяты из таблицы 1 СНиП 23-01-99. Наиболее холодная температура, наблюдающаяся на протяжении пяти дней обеспеченностью 0,92 - tн = -22⁰С.
В соответствии со СНиП отопительный период (zоп) продолжается 148 суток. Усредненная температура на протяжении отопительного периода при среднесуточных температурных показателях воздуха на улице 8⁰ - tот = -2,3⁰. Температура снаружи в отопительный сезон - tht = -4,4⁰.
Теплопотери дома - важнейший момент на этапе его проектирования. От итогов расчета зависит и выбор стройматериалов, и утеплителя. Нулевых потерь не бывает, но стремиться нужно к тому, чтобы они были максимально целесообразными
Оговорено условие, что в комнатах дома должна быть обеспечена температура 22⁰. Дом имеет два этажа и стены толщиной 0,5 м. Высота его - 7 м, габариты в плане - 10 х 10 м. Материал вертикальных ограждающих конструкций - теплая керамика. Для нее коэффициент теплопроводности - 0,16 Вт/м х С.
В качестве наружного утеплителя, толщиной 5 см, использована минеральная вата. Значение Кт для нее - 0,04 Вт/м х С. Количество оконных проемов в доме - 15 шт. по 2,5 м² каждое.
Теплопотери через стены
Прежде всего, нужно определить термическое сопротивление как керамической стены, так и утеплителя. В первом случае R1 = 0,5: 0,16 = 3,125 кв. м х С/Вт. Во втором - R2 = 0,05: 0,04 = 1,25 кв. м х С/Вт. В целом для вертикальной ограждающей конструкции: R = R1 + R2 = 3.125 + 1.25 = 4.375 кв. м х С/Вт.
Так как теплопотери имеют прямо пропорциональную взаимосвязь с площадью ограждающих конструкций, рассчитываем площадь стен:
А = 10 х 4 х 7 – 15 х 2,5 = 242,5 м²
Теперь можно определить потери тепла через стены:
Qс = (242,5: 4.375) х (22 – (-22)) = 2438,9 Вт.
Теплопотери через горизонтальные ограждающие конструкции рассчитывают аналогично. В итоге все результаты суммируют.
Если подвал под полом первого этажа отапливается, пол можно не утеплять. Стены подвала все же лучше обшить утеплителем, чтобы тепло не уходило в грунт.
Определение потерь через вентиляцию
Чтобы упростить расчет, не учитывают толщину стен, а просто определяют объем воздуха внутри:
V = 10х10х7 = 700 мᶾ.
При кратности воздухообмена Кв = 2, потери тепла составят:
Qв = (700 х 2) : 3600) х 1,2047 х 1005 х (22 – (-22)) = 20 776 Вт.
Если Кв = 1:
Qв = (700 х 1) : 3600) х 1,2047 х 1005 х (22 – (-22)) = 10 358 Вт.
Эффективную вентиляцию жилых домов обеспечивают роторные и пластинчатые рекуператоры. КПД у первых выше, он достигает 90%.
Пример теплотехнического расчета №2
Требуется произвести расчет потерь сквозь стену из кирпича толщиной 51 см. Она утеплена 10-сантиметровым слоем минеральной ваты. Снаружи – 18⁰, внутри - 22⁰. Габариты стены - 2,7 м по высоте и 4 м по длине. Единственная наружная стена помещения ориентирована на юг, внешних дверей нет.
Для кирпича коэффициент теплопроводности Кт = 0,58 Вт/мºС, для минеральной ваты - 0,04 Вт/мºС. Термическое сопротивление:
R1 = 0,51: 0,58 = 0,879 кв. м х С/Вт. R2 = 0,1: 0,04 = 2,5 кв. м х С/Вт. В целом для вертикальной ограждающей конструкции: R = R1 + R2 = 0.879 + 2,5 = 3.379 кв. м х С/Вт.
Площадь внешней стены А = 2,7 х 4 = 10,8 м²
Потери тепла через стену:
Qс = (10,8: 3.379) х (22 – (-18)) = 127,9 Вт.
Для расчета потерь через окна применяют ту же формулу, но термическое сопротивление их, как правило, указано в паспорте и рассчитывать его не нужно.
В теплоизоляции дома окна - «слабое звено». Через них уходит довольно большая доля тепла. Уменьшат потери многослойные стеклопакеты, теплоотражающие пленки, двойные рамы, но даже это не поможет избежать теплопотерь полностью
Если в доме окна с размерами 1,5 х 1,5 м ² энергосберегающие, ориентированы на Север, а термическое сопротивление равно 0,87 м2°С/Вт, то потери составят:
Qо = (2,25: 0,87) х (22 – (-18)) = 103,4 т.
Пример теплотехнического расчета №3
Выполним тепловой расчет деревянного бревенчатого здания с фасадом, возведенным из сосновых бревен слоем толщиной 0,22 м. Коэффициент для этого материала - К=0,15. В этой ситуации теплопотери составят:
R = 0,22: 0,15 = 1,47 м² х ⁰С/Вт.
Самая низкая температура пятидневки - -18⁰, для комфорта в доме задана температура 21⁰. Разница составит 39⁰. Если исходить из площади 120 м², получится результат:
Qс = 120 х 39: 1,47 = 3184 Вт.
Для сравнения определим потери кирпичного дома. Коэффициент для силикатного кирпича - 0,72.
R = 0,22: 0,72 = 0,306 м² х ⁰С/Вт.
Qс = 120 х 39: 0,306 = 15 294 Вт.
В одинаковых условиях деревянный дом более экономичный. Силикатный кирпич для возведения стен здесь не подходит вовсе.
Деревянное строение имеет высокую теплоемкость. Его ограждающие конструкции долго хранят комфортную температуру. Все же, даже бревенчатый дом нужно утеплять и лучше сделать это и изнутри, и снаружи
Пример теплорасчета №4
Дом будет построен в Московской области. Для расчета взята стена, созданная из пеноблоков. Как утеплитель применен . Отделка конструкции - штукатурка с двух сторон. Структура ее - известково-песчаная.
Пенополистирол имеет плотность 24 кг/мᶾ.
Относительные показатели влажности воздуха в комнате - 55% при усредненной температуре 20⁰. Толщина слоев:
- штукатурка - 0,01 м;
- пенобетон - 0,2 м;
- пенополистирол - 0,065 м.
Задача - отыскать нужное сопротивление теплопередаче и фактическое. Необходимое Rтр определяют, подставив значения в выражение:
Rтр=a х ГСОП+b
где ГОСП - это градусо-сутки сезона отопления, а и b - коэффициенты, взятые из таблицы №3 Свода Правил 50.13330.2012. Поскольку здание жилое, a равно 0,00035, b = 1,4.
ГСОП высчитывают по формуле, взятой из того же СП:
ГОСП = (tв – tот) х zот.
В этой формуле tв = 20⁰, tот = -2,2⁰, zот - 205 - отопительный период в сутках. Следовательно:
ГСОП = (20 – (-2,2)) х 205 = 4551⁰ С х сут.;
Rтр = 0,00035 х 4551 + 1,4 = 2,99 м2 х С/Вт.
Используя таблицу №2 СП50.13330.2012, определяют коэффициенты теплопроводности для каждого пласта стены:
- λб1 = 0,81 Вт/м ⁰С;
- λб2 = 0,26 Вт/м ⁰С;
- λб3 = 0,041 Вт/м ⁰С;
- λб4 = 0,81 Вт/м ⁰С.
Полное условное сопротивление теплопередаче Rо, равно сумме сопротивлений всех слоев. Рассчитывают его по формуле:
Подставив значения получают: Rо усл. = 2,54 м2°С/Вт. Rф определяют путем умножения Rо на коэффициент r, равный 0.9:
Rф = 2,54 х 0,9 = 2,3 м2 х °С/Вт.
Результат обязывает изменить конструкцию ограждающего элемента, поскольку фактическое тепловое сопротивление меньше расчетного.
Существует множество компьютерных сервисов, ускоряющих и упрощающих расчеты.
Теплотехнические расчеты напрямую связаны с определением . Что это такое и как найти ее значение узнаете из рекомендуемой нами статьи.
Выводы и полезное видео по теме
Выполнение теплотехнического расчета при помощи онлайн-калькулятора:
Правильный теплотехнический расчет:
Грамотный теплотехнический расчет позволит оценить результативность утепления наружных элементов дома, определить мощность необходимого отопительного оборудования.
Как результат, можно сэкономить при покупке материалов и нагревательных приборов. Лучше заранее знать, справиться ли техника с нагревом и кондиционированием строения, чем покупать все наугад.
Оставляйте, пожалуйста, комментарии, задавайте вопросы, размещайте фото по теме статьи в находящемся ниже блоке. Расскажите о том, как теплотехнический расчет помог вам выбрать обогревательное оборудование нужной мощности или систему утепления. Не исключено, что ваша информация пригодится посетителям сайта.
