Теплотехнический расчет стены пример. Теплотехнический расчет наружной стены (пример расчета)

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

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

В чем смысл расчета?

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

Теплотехнические требования

Важно, чтобы наружные конструкции соответствовали следующим теплотехническим требованиям:

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

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

Теплотехнические качества

От теплотехнических характеристик наружных конструктивных элементов строений зависит:

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

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

Задачи теплотехнического расчета

Итак, теплотехнический расчет ограждающих конструктивных элементов осуществляется с целью:

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

Основные параметры для расчета

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

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

Теплотехнический расчет: программа

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

Данные программы позволяют вычислить следующее:

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

Теплотехнический расчет: пример расчета для наружных стен

Для расчета необходимо определить следующие основные параметры:

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

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

Исходные данные

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

Комфортные условия

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

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

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

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

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

Подставляем данные в формулу и получаем:

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

Условия энергосбережения

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

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

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

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

Таким образом:

ГСОП = (20 - (-5,9)) ×220 = 5698.

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

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

R 0 = 1/ α в + R 1 + 1/ α н, где

d - это толщина теплоизоляции, м.

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

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

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

Толщина утеплителя

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

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

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

Необходимость выполнения расчета

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

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

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

Отопление и вентиляция жилых зданий

Учебно - методическое пособие к практическим занятиям

По дисциплине

«Инженерные сети. Теплогазоснабжение и вентиляция»

(примеры расчетов)

Самара 2011

Составители: Дежурова Наталья Юрьевна

Нохрина Елена Николаевна

УДК 628.81/83 07

Отопление и вентиляция жилых зданий: учебно-методическое пособие к контрольной работе и практическим занятиям по дисциплине «Инженерные сети. Теплогазоснабжение и вентиляция/ Сост.:
Н.Ю. Дежурова, Е.Н. Нохрина; Самарский гос. арх. - строит. ун-т. – Самара, 2011. – 80 с.

Изложена методика проведения практических занятий и выполнения контрольных работ по курсу «Инженерные сети и оборудование зданий» Теплогазоснабжение и вентиляция. Данное учебное пособие дает широкий выбор вариантов конструктивных решений наружных стен, вариантов планов типовых этажей, приведены справочные данные для проведения расчетов.

Предназначены для студентов дневной и заочной форм обучения
специальности 270102.65 «Промышленное и гражданское строительство», а также могут быть использованы студентами специальности 270105.65 «Городское строительство и хозяйство».

1 Требования к оформлению и содержание контрольной
работы (практических занятий) и исходные данные …………………..5

энергоэффективных зданий ……………………………………………11

3 Теплотехнический расчет наружных ограждающих конструкций….16

3.1 Теплотехнический расчет наружной стены (пример расчета)…..20

(пример расчета)……………………………………………………25

3.3 Теплотехнический расчет чердачного перекрытия
(пример расчета) …………………………………………………...26

4 Расчет теплопотерь помещениями здания …………………………....28

4.1 Расчет потерь теплоты помещениями здания (пример расчета)…34

5 Разработка системы центрального отопления ………………………..44

6 Расчет нагревательных приборов ……………………………………..46

6.1 Пример расчета нагревательных приборов ………………………50

7 Конструктивные решения вентиляции жилого дома ………………..55

7.1 Аэродинамический расчет естественной вытяжной

вентиляции ………………………………………………………...59

7.2 Расчет каналов естественной вентиляции ……………………….62

Библиографический список …………………………………………….66

Приложение А Карта зон влажности …………………….…………….67

Приложение Б Условия эксплуатации ограждающих конструкций
в зависимости от влажностного режима помещений и зон влажности …………………………………………68

Приложение В Теплофизические характеристики материалов …….. ..69

Приложение Г Варианты секций типового этажа …………………...70

Приложение Д Значения коэффициента затекания воды в приборных узлах с радиаторами секционными и панельными …..75

Приложение Е Тепловой поток 1 м открыто проложенных вертикальных гладких металлических труб, окрашенных масляной краской, q , Вт/м ……………………………………….76

Приложение Ж Таблица для расчета круглых стальных воздуховодов при t в = 20 ºС …………………………………………..77

Приложение З Поправочные коэффициенты на потери давления на трение, учитывающие шероховатость материала
воздуховодов ………………………………………….78

Приложение И Коэффициенты местных сопротивлений для различных

элементов воздуховодов …………………………….79

1 Требования к оформлению и содержание контрольной
работы (практических занятий) и исходные данные

Контрольная работа состоит из расчетно-пояснительной записки и графической части.

Все необходимые исходные данные принимаются по таблице 1 в соответствии с последней цифрой шифра студента.

Расчетно-пояснительная записка содержит следующие разделы:

1. Климатические данные

2. Выбор ограждающих конструкций и их теплотехнический
расчет

3. Расчет теплопотерь помещениями здания

4. Разработка схемы центрального отопления (размещение нагревательных приборов, стояков, магистралей и узла управления)

5. Расчет нагревательных приборов

6. Конструктивное решение системы естественной вентиляции

7. Аэродинамический расчет системы вентиляции.

Пояснительная записка выполняется на листах формата А4 или тетради в клетку.

Графическая часть выполняется на миллиметровочной бумаге, вклеивается в тетрадь и содержит:

1. План секции типового этажа М 1:100 (см. приложение)

2. План подвала М 1:100

3. План чердака М 1:100

4. Аксонометрическая схема системы отопления М 1:100.

План подвала и чердака вычерчиваются на основании плана
типового этажа.

Контрольная работа предусматривает расчет двухэтажного жилого дома, расчеты производятся для одной секции. Система отопления – однотрубная с верхней разводкой, тупиковая.

Конструктивное решение перекрытий над неотапливаемым подвалом и теплым чердаком принять по аналогии с примером расчета.

Климатические характеристики района строительства приведенные в таблице 1, выписываются из СНиП 23-01-99* Строительная климатология :

1) средняя температура наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92, (табл. 1 графа 5);

2) средняя температура отопительного периода (табл. 1
графа 12);

3) продолжительность отопительного периода (табл. 1
графа 11);

4) максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь (талб. 1 графа 19).

Теплофизические характеристики материалов ограждения принимаются в зависимости от условий эксплуатации конструкции, которые определяются влажностным режимом помещения и зоной влажности места строительства.

Влажностный режим жилого помещения принимаем нормальным , исходя из заданной температуры +20 ºС и относительной влажности внутреннего воздуха 55 %.

По карте приложение А и приложение Б определяем условия
эксплуатации ограждающих конструкций. Далее по приложению В принимаем основные теплофизические характеристики материалов слоев ограждения, а именно коэффициенты:

теплопроводности , Вт/(м·ºС);

теплоусвоения , Вт/(м 2 ·ºС);

паропроницаемости , мг/(м·ч·Па).

Таблица 1

Исходные данные для выполнения контрольной работы

Исходные данные	Численные значения в зависимости от последней цифры шифра

Номер варианта плана секции типового этажа (приложение Г)
Высота этажа (от пола до пола)	2,7	3,0	3,1	3,2	2,9	3,0	3,1	2,7	3,2	2,9
Вариант конструкции наружной стены (таблица 2)
Город Параметры	Москва	Санкт-Петербург	Калининград	Чебоксары	Нижний Новгород	Воронеж	Саратов	Волгоград	Оренбург	Пенза
, ºС	-28	-26	-19	-32	-31	-26	-27	-25	-31	-29
, ºС	-3,1	-1,8	1,1	-4,9	-4,1	-3,1	-4,3	-2,4	-6,3	-4,5
, сут
, м/с	4,9	4,2	4,1	5,0	5,1	5,1	5,6	8,1	5,5	5,6
Ориентация по сторонам света	С	Ю	З	В	СВ	СЗ	ЮВ	ЮЗ	В	З
Толщина междуэтажного перекрытия	0,3	0,25	0,22	0,3	0,25	0,22	0,3	0,25	0,22	0,3
Кухни с плитой двухкомфорочной трехкомфорочной четырехкомфорочной	+ - -	- + -	- - +	+ - -	- + -	- - +	+ - -	- + -	+ - -	- + -

Размер окон 1,8 х 1,5 (для жилых комнат); 1,5 х 1,5 (для кухни)

Размер наружной двери 1,2 х 2,2

Таблица 2

Варианты конструктивных решений наружных стен

	Вариант 1 1 слой – известково-песчаный раствор; 2 слой – монолитный керамзитобетон
	Вариант 2 1 слой – известково-песчаный раствор; 2 слой – монолитный керамзитобетон ; 3 слой – цементно-песчаный раствор; 4 слой – фактурный слой фасадной системы
	Вариант 3 1 слой–известково-песчаный раствор; 2 слой – монолитный керамзитобетон 3 слой – цементно-песчаный раствор; 4 слой – фактурный слой фасадной системы
	Вариант 4 1 слой – известково-песчаный раствор; 2 слой – кладка из силикатного кирпича; 3 слой – монолитный керамзитобетон
	Вариант 5 1слой–известково-песчаный раствор; 2 слой – кладка из керамического кирпича; 3 слой – монолитный керамзитобетон, ; 4 слой – цементно-песчаный раствор; 5 слой – фактурный слой фасадной системы
	Вариант 6
	Вариант 7 1 слой – известково-песчаный раствор; 2 слой – монолитный керамзитобетон, ; 3 слой – кладка из керамического кирпича
	Вариант 8 1 слой – известково-песчаный раствор; 2 слой – монолитный керамзитобетон,
	Вариант 9 1 слой – известково-песчаный раствор; 2 слой – монолитный керамзитобетон, ; 3 слой – кладка из силикатного кирпича
	Вариант 10 1 слой – известково-песчаный раствор; 2 слой – кладка из силикатного кирпича; 3 слой – монолитный керамзитобетон, ; 4 слой – кирпичная кладка из керамического кирпича

Таблица 3

Значения коэффициента теплотехнической однородности

№ п/п	Вид конструкции наружной стены	r
	Однослойные несущие наружные стены	0,98 0,92
	Однослойные самонесущие наружные стены в монолитно-каркасных зданиях	0,78 0,8
	Двухслойные наружные стены с внутренним утеплителем	0.82 0,85
	Двухслойные наружные стены с невентилируемыми фасадными системами типа ЛАЭС	0,92 0,93
	Двухслойные наружные стены с вентилируемым фасадом	0,76 0,8
	Трёхслойные наружные стены с использованием эффективных утеплителей	0,84 0,86

2 Конструктивные решения наружных стен
энергоэффективных зданий

Конструктивные решения наружных стен энергоэффективных зданий, применяемые при строительстве жилых и общественных
сооружений, можно разделить на 3 группы (рис.1):

1) однослойные;

2) двухслойные;

3) трехслойные.

Однослойные наружные стены выполняются из ячеистобетонных блоков, которые, как правило, проектируют самонесущими с поэтажным опиранием на элементы перекрытия, с обязательной защитой от внешних атмосферных воздействий путем нанесения штукатурки,
облицовки и т.д. Передача механических усилий в таких конструкциях осуществляется через железобетонные колонны.

Двухслойные наружные стены содержат несущий и теплоизоляционный слои. При этом утеплитель может быть расположен как
снаружи, так и изнутри.

В начале реализации программы энергосбережения в Самарской области в основном применялось внутреннее утепление. В качестве теплоизоляционного материала использовались пенополистирол и плиты из штапельного стекловолокна «URSA». Со стороны помещения утеплители защищались гипсокартоном или штукатуркой. Для
защиты утеплителей от увлажнения и накопления влаги устанавливалась пароизоляция в виде полиэтиленовой пленки.

При дальнейшей эксплуатации зданий выявилось много дефектов, связанных с нарушением воздухообмена в помещениях, появлением темных пятен, плесени и грибков на внутренних поверхностях наружных стен. Поэтому в настоящее время внутреннее утепление используется лишь при установке приточно-вытяжной механической вентиляции. В качестве утеплителей применяются материалы с низким водопоглощением, например, пеноплекс и напыляемый пенополиуретан.

Системы с наружным утеплением имеют ряд существенных
преимуществ. К ним относятся: высокая теплотехническая однородность, ремонтопригодность, возможность реализации архитектурных решений различной формы.

В практике строительства находят применение два варианта
фасадных систем: с наружным штукатурным слоем; с вентилируемым воздушным зазором.

При первом варианте исполнения фасадных систем в качестве
утеплителей в основном используются плиты пенополистирола.
Утеплитель от внешних атмосферных воздействий защищен базовым клеевым слоем, армированной стеклосеткой и декоративным слоем.

Рис. 1. Виды наружных стен энергоэффективных зданий:

а - однослойная, б - двухслойные, в - трехслойные;

1 – штукатурка; 2 – ячеистый бетон;

3 – защитный слой; 4 – наружная стена;

5 – утеплитель; 6 – фасадная система;

7 – ветрозащитная мембрана;

8 – вентилируемый воздушный зазор;

11 – облицовочный кирпич; 12 – гибкие связи;

13 – керамзитобетонная панель; 14 – фактурный слой.

В вентилируемых фасадах используется лишь негорючий утеплитель в виде плит из базальтового волокна. Утеплитель защищен от
воздействия атмосферной влаги фасадными плитами, которые крепятся к стене с помощью кронштейнов. Между плитами и утеплителем предусматривается воздушный зазор.

При проектировании вентилируемых фасадных систем создается наиболее благоприятный тепловлажностный режим наружных стен, так как водяные пары, проходящие через наружную стену, смешиваются с наружным воздухом, поступающим через воздушную прослойку, и выбрасываются на улицу через вытяжные каналы.

Трехслойные стены, возводимые ранее, применялись, в основном, в виде колодцевой кладки. Они выполнялись из мелкоштучных изделий, расположенных между наружным и внутренним слоями утеплителя. Коэффициент теплотехнической однородности конструкций относительно невелик (r < 0,5) из-за наличия кирпичных перемычек. При реализации в России второго этапа энергосбережения достичь требуемых значений приведенного сопротивления теплопередаче с помощью
колодцевой кладки не представляется возможным.

В практике строительства широкое применение нашли трехслойные стены с использованием гибких связей, для изготовления которых применяется стальная арматура, с соответствующими антикоррозионными свойствами стали или защитных покрытий. В качестве внутреннего слоя используется ячеистый бетон, а теплоизоляционных материалов – пенополистирол, минеральные плиты и пеноизол. Облицовочный слой выполняется из керамического кирпича.

Трехслойные бетонные стены при крупнопанельном домостроении применяются давно, но с более низким значением приведенного
сопротивления теплопередаче. Для повышения теплотехнической
однородности панельных конструкций необходимо использовать
гибкие стальные связи в виде отдельных стержней или их комбинаций. В качестве промежуточного слоя в таких конструкциях чаще применяется пенополистирол.

В настоящее время широкое применение находят трехслойные
сэндвич-панели для строительства торговых центров и промышленных объектов.

В качестве среднего слоя в таких конструкциях применяются
эффективные теплоизоляционные материалы – минвата, пенополистирол, пенополиуретан и пеноизол. Трехслойные ограждающие конструкции отличаются неоднородностью материалов в сечении, сложной геометрией и стыками. По конструктивным причинам для образования связей между оболочками необходимо, чтобы более прочные материалы проходили через теплоизоляцию или заходили в нее, нарушая тем самым однородность теплоизоляции. В этом случае образуются так называемые мостики холода. Типичными примерами таких мостиков холода могут служить обрамляющие ребра в трехслойных панелях с эффективным утеплением жилых зданий, угловое крепление деревянным брусом трехслойных панелей с облицовками из древесностружечной плиты и утеплителями и т.д.

3 Теплотехнический расчет наружных ограждающих конструкций

Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций R 0 следует принимать в соответствии с заданием на проектирование, но не менее требуемых значений R 0 тр, определяемых, исходя из санитарно-гигиенических условий, по формуле (1), и условий энергосбережения по таблице 4.

1. Определяем требуемое сопротивление теплопередаче ограждения, исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий:

(1)

где n – коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху, таблица 6 ;

Расчетная зимняя температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 ;

Нормируемый температурный перепад, °С, таблица 5 ;

Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемый по табл. 7 , Вт/(м 2 ·ºС).

2. Определяем требуемое приведенное сопротивление теплоотдаче ограждения, исходя из условия энергосбережения .

Градусосутки отопительного периода (ГСОП) следует определять по формуле:

ГСОП= , (2)

где средняя температура, ºС, и продолжительность отопительного периода со средней суточной температурой воздуха 8 ºС . Величина требуемого приведенного сопротивления теплопередаче определяется по табл. 4

Таблица 4

Требуемоеприведенное сопротивление теплопередаче

ограждающих конструкций зданий

Здания и помещения	Градусосутки отопительного периода, °С·сут.	Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций, (м 2 ·°С)/Вт:
стен	покрытий и перекрытий над проездами	перекрытий чердачных, над холодными подпольями и подвалами	окон и балконных дверей
Жилые, лечебно-профилактические и детские учреждения, школьные интернаты.		2,1 2,8 3,5 4,2 4,9 5,6	3,2 4,2 5,2 6,2 7,2 8,2	2,8 3,7 4,6 5,5 6,4 7,3	0,30 0,45 0,60 0,70 0,75 0,80
Общественные, кроме указанных выше, административные и бытовые, за исключением помещений с влажным или мокрым режимом		1,6 2,4 3,0 3,6 4,2 4,8	2,4 3,2 4,0 4,8 5,6 6,4	2,0 2,7 3,4 4,1 4,8 5,5	0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80
Производственные с сухим и нормальным режимами			2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5	1,4 1,8 2,2 2,6 3,0 3,4	0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50
Примечания: 1. Промежуточные значения R 0 тр следует определять интерполяцией. 2. Нормы сопротивления теплопередаче светопрозрачных ограждающих конструкций для помещений производственных зданий с влажным и мокрым режимами, с избытками явного тепла от 23 Вт/м 3 , а также для помещений общественных, административных и бытовых зданий с влажным или мокрым режимами следует принимать как для помещений с сухим и нормальным режимами производственных зданий. 3. Приведенное сопротивление теплопередаче глухой части балконных дверей должно быть не менее чем в 1,5 раза выше сопротивления теплопередаче светопрозрачной части этих изделий. 4. В отдельных обоснованных случаях, связанных с конкретными конструктивными решениями заполнения оконных и других проемов, допускается применять конструкции окон и балконных дверей с приведенным сопротивлением теплопередаче на 5 % ниже установленного в таблице.

Величины приведенного сопротивления теплопередаче отдельных ограждающих конструкций следует принимать равными не ниже
значений, определенных по формуле (3) для стен жилых и общественных зданий, либо по формуле (4) – для остальных ограждающих
конструкций:

(3)

(4)

где – нормируемые сопротивления теплопередаче, соответствующие требованиям второго этапа энергосбережения, (м 2 ·°С)/Вт.

3. Находим приведенное сопротивление теплопередаче
ограждающей конструкции по формуле

, (5)

где R 0 усл.

r – коэффициент теплотехнической однородности, определяемый согласно таблице 2.

Определяем величину R 0 усл для многослойной наружной стены

(м 2 ·°С)/Вт, (6)

где R к – термическое сопротивление ограждающей конструкции, (м 2 ·°С)/Вт;

– коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающей конструкции, определяемый по таблице 7 , Вт/(м 2 ·°С); 23 Вт/(м 2 ·°С).

(м 2 ·°С)/Вт, (7)

где R 1 , R 2 , …R n – термические сопротивления отдельных слоев конструкции, (м 2 ·°С)/Вт.

Термическое сопротивление R , (м 2 ·°С)/Вт, слоя многослойной
ограждающей конструкции следует определять по формуле

где толщина слоя, м;

Расчётный коэффициент теплопроводности материала слоя,

Вт/(м·°С) (приложение В).

Величину r предварительно задаем в зависимости от конструкции проектируемой наружной стены.

4. Сравниваем сопротивление теплопередаче с требуемыми значениями, исходя из комфортных условий и условий энергосбережения, выбирая большее значение .

Должно соблюдаться неравенство

Если оно выполняется, то конструкция отвечает теплотехническим требованиям. В противном случае нужно увеличить толщину утеплителя и повторить расчет.

По фактическому сопротивлению теплопередаче R 0 усл находят
коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции K, Вт/(м 2 ·ºС), по формуле

Теплотехнический расчет наружной стены (пример расчета)

Исходные данные

1. Район строительства – г. Самара.

2. Средняя температура наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 t н 5 = -30 °С.

3. Средняя температура отопительного периода = -5,2 °С.

4. Продолжительность отопительного периода 203 сут.

5. Температура воздуха внутри здания t в =20 °С.

6. Относительная влажность воздуха =55 %.

7. Зона влажности – сухая (приложение А).

8. Условия эксплуатации ограждающих конструкций – А
(приложение Б).

В таблице 5 показан состав ограждения, а на рисунке 2 показан порядок расположения слоев в конструкции.

Порядок расчета

1. Определяем требуемое сопротивление теплопередаче наружной стены, исходя из санитарно-гигиенических и комфортных
условий:

где n – коэффициент, принимаемый в зависимости от положения
наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху; для наружных стен n = 1;

Расчетная температура внутреннего воздуха, °С;

Нормативный температурный перепад, °С, таблица 5 , для наружных стен жилых зданий 4 °С;

Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемый по табл. 7 , 8,7 Вт/(м 2 ·ºС).

Таблица 5

Состав ограждения

2. Определяем требуемое приведенное сопротивление теплопередаче наружной стены, исходя из условия энергосбережения. Градусосутки отопительного периода (ГСОП) определяем по формуле

ГСОП= = (20+5,2)·203 = 5116 (ºС·сут);

где средняя температура, ºС, и продолжительность отопительного периода со средней суточной температурой воздуха 8 ºС

(м 2 ·ºС)/Вт.

Требуемое приведенное сопротивление теплопередаче
определяем по табл. 4 методом интерполяции.

3. Из двух значений 1,43 (м 2 ·ºС)/Вт и 3,19 (м 2 ·ºС)/Вт

принимаем наибольшее значение 3,19 (м 2 ·ºС)/Вт.

4. Определяем требуемую толщину утеплителя из условия .

Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции определяется по формуле

где R 0 усл. – сопротивление теплопередаче глади наружной стены без учёта влияния наружных углов, стыков и перекрытий, оконных откосов и теплопроводных включений, (м 2 ·°С)/Вт;

r – коэффициент теплотехнической однородности, зависящий от конструкции стены определяемый согласно таблице 2.

Принимаем для двухслойной наружной стены с
наружным утеплителем, см. табл. 3.

(м 2 ·°С)/Вт

6. Определяем толщину утеплителя

М - стандарстная величина утеплителя.

Принимаем стандартную величину.

7. Определяем приведенные сопротивления теплопередачи
ограждающих конструкций, исходя из стандартной толщины утеплителя

(м 2 ·°С)/Вт

Должно соблюдаться условие

3,38 > 3,19 (м 2 ·°С)/Вт - условие выполнено

8. По фактическому сопротивлению теплопередачи ограждающей конструкции , находим коэффициент теплопередачи наружной стены

Вт/(м 2 ·°С)

9. Толщина стены

Окна и балконные двери

По таблице 4 и по ГСОП = 5116 ºС·сут находим для окон и балконных дверей (м 2 ·°С)/Вт

Вт/(м 2 ·°С).

Наружные двери

В здании принимаем наружные двери двойные с тамбуром
между ними (м 2 ·°С)/Вт.

Коэффициент теплопередачи наружной двери

Вт/(м 2 ·°С).

3.2 Теплотехнический расчет чердачного перекрытия
(пример расчета)

В таблице 6 приведен состав конструкции чердачного перекрытия, а на рисунке 3 порядок расположения слоев в конструкции.

Таблица 6

Состав конструкции

№ п/п	Наименование	Толщина , м	Плотность , кг/м 3	Коэффициент теплопровод-ности , Вт/(м о С)
	Железобетонная плита перекрытия пустотная	0,22		1,294
	Затирка цементно-песчаным раствором	0,01		0,76
	Гидроизоляция – один слой техноэласта ЭПП	0,003		0,17
	Керамзитобетон	0,05		0,2
	Стяжка из цементно-песчаного раствора	0,03		0,76

Теплотехнический расчет перекрытия теплого чердака

Для рассматриваемого жилого здания:

14 ºС; 20 ºС; -5,2 ºС; 203 сут; - 30 ºС;
ГСОП = 5116 ºС·сут.

Определяем

Рис. 1.8.1

для перекрытия теплого чердака жилого здания по табл. 4 =4,76 (м 2 ·°С)/Вт.

Определяем величину требуемого сопротивления теплопередаче перекрытия теплого чердака , согласно .

Где

4,76 · 0,12 = 0,571 (м 2 ·°С)/Вт.

где 12 Вт/(м 2 ·ºС) для чердачных перекрытий, r = 1

1/8,7+0,22/1,294+0,01/0,76+

0,003/0,17+0,05/0,2+ 0,03/0,76+

1/12 = 0,69 (м 2 о С)/Вт.

Коэффициент теплопередачи перекрытия теплого чердака

Вт/(м 2 ·°С)

Толщина чердачного перекрытия

3.3 Теплотехнический расчет перекрытия над
неотапливаемым подвалом

В таблице 7 приведен состав ограждения. На рисунке 4 показан порядок расположения слоев в конструкции.

Для перекрытий над неотапливаемым подвалом температура воздуха в подвале принимается 2 ºС; 20 ºС; -5,2 ºС 203 сут; ГСОП = 5116 ºС·сут;

Требуемое сопротивление теплопередачи определяем по табл. 4 по величине ГСОП

4,2 (м 2 ·°С)/Вт.

Согласно , где

4,2 · 0,36 = 1,512 (м 2 ·°С)/Вт.

Таблица 7

Состав конструкции

Определяем приведенное сопротивление конструкции:

где 6 Вт/(м 2 ·ºС) табл. 7, - для перекрытий над неотапливаемым подвалом, r = 1

1/8,7+0,003/0,38+0,03/0,76+0,05/0,044+0,22/1,294+1/6=1,635(м 2 о С)/Вт.

Коэффициент теплопередачи перекрытия над неотапливаемым подвалом

Вт/(м 2 ·°С)

Толщина перекрытия над неотапливаемым подвалом

4 Расчет теплопотерь помещениями здания

Расчет теплопотерь наружными ограждениями проводится для каждого помещения первого и второго этажа для половины здания.

Теплопотери отапливаемых помещений состоят из основных и добавочных. Потери тепла помещениями здания определяются как сумма теплопотерь через отдельные ограждающие конструкции
(стены, окна, потолок, пол над неотапливаемым подвлом) с округлением до 10 Вт. ; H – 16 ºС.

Длины ограждающих конструкций принимаются по плану этажа. При этом толщина наружных стен должна быть вычерчена в соответствии с данными теплотехнического расчета. Высота ограждающих конструкций (стен, окон, дверей) принимается по исходным данным задания. При определении высоты наружной стены следует учитывать толщину конструкции пола или чердачного перекрытия (см. рис. 5).

;

где высота наружной стены соответственно первого и
второго этажей;

Толщины перекрытий над неотапливаемым подвалом и

чердаком (принимаются из теплотехнического расчета);

Толщина междуэтажного перекрытия.

Рис. 5. Определение размеров ограждающих конструкций при расчете теплопотерь помещения (НС – наружных стен,
Пл – пола, Пт – потолка, О – окон):
а – разрез здания; б – план здания.

Помимо основных потерь тепла , необходимо учитывать
потери теплоты на нагрев инфильтрационного воздуха. Инфильтрационный воздух поступает в помещение с температурой, близкой к
температуре наружного воздуха. Поэтому в холодный период года его необходимо нагревать до температуры помещения.

Расход теплоты для нагрев инфильтрационного воздуха принимается по формуле

где удельный расход удаляемого воздуха, м 3 /ч; для жилых
зданий принимается 3 м 3 /ч на 1 м 2 площади пола жилого помещения и кухни;

Для удобства расчета теплопотерь необходимо пронумеровать все помещения здания. Нумерацию следует произыводить поэтажно, начиная, например, с угловых комнат. Помещениям первого этажа присваиваются номера 101, 102, 103 …, второго – 201, 202, 203 … . Первая цифра указывает, на каком этаже находится рассматриваемое помещение. В задании студентам дается план типового этажа, поэтому над комнатой 101 располагается комната 201 и т.п. Лестничные клетки обозначаются ЛК-1, ЛК-2.

Наименование ограждающих конструкций целесообразно
обозначать сокращенно: наружная стена – НС, двойное окно – ДО, балконная дверь – БД, внутренняя стена – ВС, потолок – Пт, пол – Пл, наружная дверь НД.

Записывается сокращенно ориентация ограждающих конструкций обращенных на север – С, восток – В, юго-запад – ЮЗ, северо-запад – СЗ и т.д.

При вычислении площади стен удобнее не вычитать из них плоащдь окон; таким образом, теплопотери через стены получается несколько завышеннными. При вычислении же теплопотерь через окна величину коэффициента теплопередачи принимают равной . Аналогично поступают и в том случае, если в наружной стене имеются балконные двери.

Расчет теплопотерь производят для помещений первого этажа, затем - второго. Если помещение имеет планировку и ориентацию по сторонам света, аналогичную с ранее рассчитанным помещением, то повторно расчет теплопотерь не производится, а в бланке теплопотерь напротив номера помещения записывается: «То же, что и для №»
(указывается номер ранее рассчитанного аналогичного помещения) и итоговое значение теплопотерь для этого помещения.

Теплопотери лестничной клетки определяют в целом по всей ее высоте, как для одного помещения.

Теплопотери через строительные ограждения между смежными отапливаемыми помещениями, например, через внутренние стены, следует учитывать только при разности расчетных температур внутреннего воздуха этих помещений более 3 ºС.

Таблица 8

Теплопотери помещений

№ помещения

Наименование помещения и его внутренняя температура

Характеристика ограждения

Коэффициент теплопередачи k, Вт/(м 2о С)

Расчетная разность температур (t в - t н5)·n

Добавочные потери теплоты

Сумма добавочных тепло-потерь

Потери тепла через ограждения Q o , Вт

Расход тепла на нагрев инфильтрационного воздуха Q инф , Вт

Бытовые тепловыделе- ния Q быт , Вт

Теплопотери помещения Q пом , Вт

наименование

ориентация

размеры a x b, м

площадь поверхности F, м 2

на ориентацию

прочие

Определить требуемую толщину утеплителя из условия энергосбережения.

Исходные данные. Вариант № 40.

Здание – жилой дом.

Район строительства: г. Оренбург.

Зона влажности – 3 (сухая).

Расчетные условия

Наименование расчетных параметров	Обозначение параметра	Единица измерения	Расчетное значение
Расчетная температура внутреннего воздуха
Расчетная температура наружного воздуха
Расчетная температура теплого чердака
Расчетная температура техподполья
Продолжительность отопительного периода
Средняя температура наружного воздуха за отопительный период
Градусо-сутки отопительного периода

Конструкция ограждения

Штукатурка известково-песчаная – 10мм. δ 1 = 0,01м; λ 1 = 0,7 Вт/м∙ 0 С

Кирпич обыкновенный глиняный – 510 мм. δ 2 = 0,51м; λ 2 = 0,7 Вт/м∙ 0 С

Утеплитель URSA: δ 3 = ?м; λ 3 = 0,042 Вт/м∙ 0 С

Воздушная прослойка – 60 мм. δ 3 = 0,06м; R a.l = 0,17 м 2 ∙ 0 С/Вт

Фасадное покрытие (сайдинг) – 5 мм.

Примечание: сайдинговое покрытие в расчете не принимается, т.к. слои конструкции, расположенные между воздушной прослойкой и наружной поверхностью, в теплотехническом расчете не учитываются.

1. Градусо–сутки отопительного периода

D d = (t int – t ht) z ht

где: t int - расчетная средняя температура внутреннего воздуха, °С, определяемая по табл. 1.

D d = (22 + 6,3) 202 = 5717°С∙сут

2. Нормируемое значение сопротивления теплопередаче, R req , табл. 4.

R req = a∙D d + b = 0,00035∙5717 + 1,4 = 3,4 м 2 ∙ 0 С/Вт

3. Минимально допустимая толщина утеплителя определяется из условия R₀ = R req

R 0 = R si + ΣR к + R se =1/α int + Σδ/λ+1/α ext = R req

δ ут = λ ут = ∙0,042 = ∙0,042 = (3,4 – 1,28)∙0,042 = 0,089м

Принимаем толщину утеплителя 0,1м

4. Приведенное сопротивление теплопередаче, R₀, с учетом принятой толщины утеплителя

R 0 = 1/α int + Σδ/λ+1/α ext = 1/8,7 + 0,01/0,7 + 0.51/0,7 + 0,1/0,042 + 0,17 + 1/10,8 = 3,7 м 2 ∙ 0 С/Вт

5. Выполнить проверку конструкции на невыпадение конденсата на внутренней поверхности ограждения.

Температура внутренней поверхности ограждения τ si , 0 С, должна быть выше точки росы t d , 0 С, но не менее чем на 2-3 0 С.

Температуру внутренней поверхности, τ si , стен следует определять по формуле

τ si = t int - / (R о α int) = 22 -
0 С

где: t int – расчетная температура воздуха внутри здания;

t ext - расчетная температура наружного воздуха;

n – коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху и приведенный в таблице 6;

α int - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности наружного ограждения теплого чердака, Вт/ (м ·°С), принимаемый: для стен - 8,7; для покрытий 7-9-этажных домов - 9,9; 10-12-этажных - 10,5; 13 -16-этажных - 12 Вт/(м °С);

R₀ - приведенное сопротивление теплопередаче (наружных стен, перекрытий и покрытий теплого чердака), м °С/Вт.

Температура точки росы t d принимается по таблице 2.

При и определении необходимости дополнительного утепления дома важно знать теплопотери его конструкций, в частности . Калькулятор теплопроводности стены онлайн поможет произвести расчеты быстро и точно.

Вконтакте

Для чего нужен расчет

Теплопроводность данного элемента здания – свойство строения проводить тепло через единицу своей площади при разности температур внутри и снаружи помещения в 1 град. С.

Выполняемый упомянутым выше сервисом теплотехнический расчет ограждающих конструкций необходим для следующих целей:

для выбора отопительного оборудования и типа системы, позволяющей не только компенсировать теплопотери, но и создать комфортную температуру внутри жилых помещений;
для определения необходимости дополнительного утепления здания;
при проектировании и строительстве нового здания для выбора стенового материала, обеспечивающего наименьшие теплопотери в определенных климатических условиях;
для создания внутри помещения комфортной температуры не только в отопительный период, но и летом в жаркую погоду.

Внимание! Выполняя самостоятельные теплотехнические расчеты стеновых конструкций, пользуются методиками и данными описанными в таких нормативных документах, как СНиП ІІ 03 79 «Строительная теплотехника» и СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».

От чего зависит теплопроводность

Теплопередача зависит от таких факторов, как:

Материал, из которого возведено строение, – различные материалы отличаются по способности проводить тепло. Так, бетон, различные виды кирпича способствуют большой потере тепла. Оцилинрованное бревно, брус, пено- и газоблоки, наоборот, при меньшей толщине имеют меньшую теплопроводность, что обеспечивает сохранение тепла внутри помещения и намного меньшие затраты на утепление и отопление здания.
Толщина стены – чем данное значение больше, тем меньше теплоотдача происходит через ее толщу.
Влажность материала – чем больше влажность сырья, из которого возведена конструкция, тем больше он проводит тепла и тем быстрее она разрушается.
Наличие воздушных пор в материале – заполненные воздухом поры препятствуют ускоренным теплопотерям. Если эти поры заполняются влагой, теплопотери увеличиваются.
Наличие дополнительного утепления – облицованная слоем утеплителя снаружи или внутри стены по потерям тепла имеют значения в разы меньше чем неутепленные.

В строительстве наряду с теплопроводностью стен большое распространение приобрел такая характеристика, как термическое сопротивление (R). Рассчитывается она с учетом следующих показателей:

коэффициента теплопроводности стенового материала (λ) (Вт/м×0С);
толщины конструкции (h), (м);
наличия утеплителя;
влажности материала (%).

Чем ниже величина термического сопротивления, тем в большей мере стена подвержена теплопотерям.

Теплотехнический расчет ограждающих конструкций по данной характеристике выполняется по следующей формуле:

R= h/ λ; (м2×0С/Вт)

Пример расчета термического сопротивления:

Исходные данные:

несущая стена выполнена из сухого соснового бруса толщиной 30 см (0,3 м);
коэффициент теплопроводности составляет 0,09 Вт/м×0С;
расчёт результата.

Таким образом, термическое сопротивление такой стены будет составлять:

R=0,3/0,09=3,3 м2×0С/Вт

Полученные в результате вычисления значения сравнивают с нормативными согласно СНиП ІІ 03 79. При этом учитывают такой показатель, как градусо-сутки периода, в течение которого продолжается отопительный сезон.

Если полученное значение равно или больше нормативного, то материал и толщина стеновых конструкций выбраны правильно. В противном случае следует произвести утепление здания для достижения нормативного значения.

При наличии утеплителя его термическое сопротивление рассчитывают отдельно и суммируют с аналогичным значением основного стенового материала. Также если материал стеновой конструкции имеет повышенную влажность, применяют соответствующий коэффициент теплопроводности.

Для более точного расчета термического сопротивления данной конструкции к полученному результату добавляют аналогичные значения окон и выходящих на улицу дверей.

Допустимые значения

Выполняя теплотехнический расчет наружной стены, учитывают также и регион, в котором будет располагаться дом:

Для южных регионов с теплыми зимами и небольшими перепадами температур можно возводить стены небольшой толщины из материалов со средней степенью теплопроводности – керамический и глиняный обожженный одинарный и двойной, и большой плотности. Толщина стен для таких регионов может быть не более 20 см.
В то же самое время для северных регионов целесообразнее и экономически выгоднее строить ограждающие стеновые конструкции средней и большой толщины из материалов с большим термическим сопротивлением – оцилиндрованное бревно, газо- и пенобетон средней плотности. Для таких условий возводят стеновые конструкции толщиной до 50–60 см.
Для регионов с умеренным климатом и чередующимися по температурному режиму зимами подходят с высоким и средним значением термического сопротивления – газо- и пенобетон, брус, среднего диаметра. В таких условиях толщина стеновых ограждающих конструкций с учетом утеплителей составляет не более 40–45 см.

Важно! Наиболее точно рассчитывает термическое сопротивление стеновых конструкций калькулятор теплопотерь, в котором учитывается регион расположения дома.

Теплопередача различных материалов

Одним из основных факторов, влияющих на теплопроводность стены, является стройматериал, из которого она возведена. Такая зависимость объясняется его строением. Так, наименьшей теплопроводностью обладают материалы с небольшой плотностью, у которых частицы располагаются достаточно рыхло и имеется большое количество пор и пустот, заполненных воздухом. К ним относятся различные виды древесины, легких пористых бетонов – пено-, газо-, шлакобетоны, а также пустотные силикатные кирпичи.

К материалам с высокой теплопроводностью и низким термическим сопротивлениям относятся различные виды тяжелых бетонов, монолитный силикатный кирпич. Такая особенность объясняется тем, что частицы в них располагаются очень близко друг к другу, без пустот и пор. Это способствует более быстрой передаче тепла в толще стены и большой теплопотере.

Таблица. Коэффициенты теплопроводности строительных материалов (СНиП ІІ 03 79)

Расчет многослойной конструкции

Теплотехнический расчет наружной стены, состоящей из нескольких слоев, производится следующим образом:

по формуле, описанной выше, высчитывается значение термического сопротивления каждого из слоев «стенового пирога»;
значения данной характеристики всех слоев складывают вместе, получая суммарное термическое сопротивление стеновой многослойной конструкции.

Исходя из данной методики, можно производить и расчет толщины . Для этого необходимо недостающее до нормы термическое сопротивление умножить на коэффициент теплопроводности утеплителя – в итоге получится толщина слоя утеплителя.

С помощью программы ТеРеМОК теплотехнический подсчет выполняется автоматически. Для того чтобы калькулятор теплопроводности стены выполнил расчеты, в него необходимо внести следующие исходные данные:

тип здания – жилое, производственное;
материал стены;
толщина конструкции;
регион;
требуемая температура и влажность внутри здания;
наличие, тип и толщина утеплителя.

Полезное видео: как самостоятельно подсчитать теплопотери в доме

Таким образом, теплотехнический расчет ограждающих конструкций является очень важным как для строящегося дома, так и для уже давно построенного здания. В первом случае правильный теплорасчет позволит сэкономить на отоплении, во втором – подобрать оптимальный по толщине и составу утеплитель.

Стены зданий, защищают нас от ветра, осадков и часто служат несущими конструкциями для крыши. И все-таки главной функцией стен, как ограждающих конструкций, является защита человека от не комфортных температур (в основном низких) воздуха окружающего пространства.

Теплотехнический расчет стены определяет необходимые толщины слоев примененных материалов, обеспечивающие тепловую изоляцию помещений с точки зрения обеспечения комфортных санитарно-гигиенических условий для нахождения человека в здании и требований законодательства по энергосбережению.

Чем сильнее утеплены стены, тем меньше будущие эксплуатационные затраты на отопление здания, но при этом больше затраты на приобретение материалов при строительстве. До какой степени разумно утеплять ограждающие конструкции зависит от предполагаемого срока эксплуатации здания, целей, преследуемых инвестором строительства, и считается на практике в каждом случае индивидуально.

Санитарно-гигиенические требования определяют минимально допустимые сопротивления теплопередаче сечения стен, способные обеспечить комфорт в помещении. Эти требования следует обязательно выполнить при проектировании и строительстве! Обеспечение требований по энергосбережению позволит вашему проекту не только пройти экспертизу и потребует дополнительных разовых затрат при строительстве, но и обеспечит сокращение дальнейших затрат на отопление при эксплуатации.

Теплотехнический расчет в Excel многослойной стены.

Включаем MS Excel и начинаем рассмотрение примера теплотехнического расчета стены здания, строящегося в регионе — г. Москва.

Перед началом работы скачайте: СП 23-101-2004, СП 131. 13330.2012 и СП 50.13330.2012. Все перечисленные Своды Правил находятся в свободном доступе в Интернете.

В расчетном файле Excel в примечаниях к ячейкам со значениями параметров представлена информация, откуда следует брать эти значения, причем не только указаны номера документов, но и, зачастую, номера таблиц и даже столбцов.

Задавшись размерами и материалами слоев стены, мы проверим её на соответствие санитарно-гигиеническим нормам и нормам энергосбережения, а также вычислим расчетные температуры на границах слоев.

Исходные данные:

1…7. Ориентируясь на ссылки в примечаниях к ячейкам D4-D10, заполняем первую часть таблицы исходными данными для вашего региона строительства.

8…15. Во вторую часть исходных данных в ячейки D12-D19 вносим параметры слоев наружной стены – толщины и коэффициенты теплопроводности.

Значения коэффициентов теплопроводности материалов вы можете запросить у продавцов, найти по ссылкам в примечаниях к ячейкам D13, D15, D17, D19 или просто поиском в Сети.

В рассматриваемом примере:

первый слой — листы гипсовые обшивочные (сухая штукатурка) с плотностью 1050 кг/м 3 ;

второй слой — кирпичная кладка из сплошного глиняного обыкновенного кирпича (1800 кг/м 3) на цементно-шлаковом растворе;

третий слой — плиты минераловатные из каменного волокна (25-50 кг/м3);

четвертый слой — полимерцементная штукатурка с сеткой из стекловолокна.

Результаты:

Теплотехнический расчет стены будем выполнять, основываясь на предположении, что примененные в конструкции материалы сохраняют теплотехническую однородность в направлении распространения теплового потока.

Расчет ведется по ниже представленным формулам:

16. ГСОП =( t вр - t н ср )* Z

17. R 0 э тр =0,00035* ГСОП+1,4

Формула применима для теплотехнического расчета стен жилых зданий, детских и лечебно-профилактических учреждений. Для зданий иного назначения коэффициенты «0,00035» и «1,4» в формуле следует выбрать иными согласно Таблице 3 СП 50.13330.2012.

18. R 0с тр =( t вр - t нр )/( Δ t в * α в )

19. R 0 =1/ α в + δ 1 / λ 1 + δ 2 / λ 2 + δ 3 / λ 3 + δ 4 / λ 4 +1/ α н

Должны выполняться условия: R 0 > R 0с тр и R 0 > R 0э тр .

Если не выполняется первое условие, то ячейка D24 автоматически будет залита красным цветом, сигнализируя пользователю о недопустимости применения выбранной конструкции стены. Если не выполняется только второе условие, то ячейка D24 окрасится розовым цветом. Когда расчетное сопротивление теплопередачи больше нормативных значений, ячейка D24 окрашена в светло-желтый цвет.

20. t 1 = t вр — (t вр — t нр )/ R 0 *1/α в

21. t 2 = t вр — (t вр — t нр )/ R 0 *(1/α в + δ 1 /λ 1 )

22. t 3 = t вр — (t вр — t нр )/ R 0 *(1/α в + δ 1 /λ 1 + δ 2 /λ 2 )

23. t 4 = t вр — (t вр — t нр )/ R 0 *(1/α в + δ 1 /λ 1 + δ 2 /λ 2 +δ 3 /λ 3 )

24. t 5 = t вр — (t вр — t нр )/ R 0 *(1/α в + δ 1 /λ 1 + δ 2 /λ 2 +δ 3 /λ 3 + δ 4 /λ 4 )

Теплотехнический расчет стены в Excel завершен.

Важное замечание.

Окружающий нас воздух содержит внутри себя воду. Чем выше температура воздуха, тем большее количество влаги он способен удерживать.

При 0˚С и 100% относительной влажности промозглый воздух ноября в наших широтах содержит в одном кубическом метре менее 5 граммов воды. В то же время раскаленный воздух в пустыне Сахара при +40˚С и всего 30% относительной влажности, удивительно, но удерживает внутри себя в 3 раза больше воды — более 15 г/м3.

Остывая и становясь холоднее, воздух не может удерживать внутри себя то количество влаги, что мог в более нагретом состоянии. В результате воздух выбрасывает из себя на прохладные внутренние поверхности стен капли влаги. Чтобы этого не происходило внутри помещений, следует при проектировании сечения стены обеспечить невозможность выпадения росы на внутренних поверхностях стен.

Так как средняя относительная влажность воздуха жилых помещений составляет 50…60%, то точка росы при температуре воздуха +22˚С составляет +11…14˚С. В нашем примере температура внутренней поверхности стены +20,4˚С обеспечивает невозможность образования росы.

Но роса может при достаточной гигроскопичности материалов образовываться внутри слоев стены и, особенно, на границах слоев! Замерзая, вода расширяется и разрушает материалы стен.

В рассмотренном выше примере точка с температурой 0˚С находится внутри слоя утеплителя и достаточно близко к наружной поверхности стены. В этой точке на схеме в начале статьи, отмеченной желтым цветом, температура меняет свое значение с положительного на отрицательное. Получается, что кирпичная кладка никогда в своей жизни не будет находиться под воздействием отрицательных температур. Это будет способствовать обеспечению долговечности стен здания.

Если мы поменяем в примере местами второй и третий слои – утеплим стену изнутри, то получим не одну, а две границы слоев в области отрицательных температур и наполовину промороженную кирпичную кладку. Убедитесь в этом самостоятельно, выполнив теплотехнический расчет стены. Напрашивающиеся выводы очевидны.

Уважающих труд автора прошу скачать файл с расчетом после подписки на анонсы статей в окне, размещенном наверху страницы или в окне в конце статьи!