Теплотехнічний розрахунок огороджувальних конструкцій: приклад розрахунку і оформлення. Формула теплотехнічного розрахунку огороджуючих конструкцій

Створення комфортних умов для проживання або трудової діяльності є першочерговим завданням будівництва. Значна частина території нашої країни знаходиться в північних широтах з холодним кліматом. Тому підтримання комфортної температури в будівлях завжди актуально. З ростом тарифів на енергоносії зниження витрати енергії на опалення виходить на перший план.

кліматичні характеристики

Вибір конструкції стін і покрівлі залежить насамперед від кліматичних умов району будівництва. Для їх визначення необхідно звернутися до СП131.13330.2012 «Будівельна кліматологія». У розрахунках використовуються такі величини:

температура найбільш холодної п`ятиденки забезпеченістю 0,92, позначається Тн;
середня температура, позначається Той;
тривалість, позначається ZOT.

На прикладі для Мурманська величини вживаються у такому значенні:

Тн = -30 град;
Той = -3.4 град;
ZOT = 275 діб.

Крім того, необхідно задати розрахункову температуру всередині приміщення Тв, вона визначається відповідно до ГОСТу 30494-2011. Для житла можна прийняти Тв = 20 град.

щоб виконати теплотехнічний розрахунок огороджувальних конструкцій, попередньо обчислюють величину ГСОП (градусо-добу опалювального періоду):
ГСОП = (Тв - Той) х ZOT.
На нашому прикладі ГСОП = (20 - (-3,4)) х 275 = 6435.

Основні показники

Для правильного вибору матеріалів огороджувальних конструкцій необхідно визначити, якими теплотехнічними характеристиками вони повинні володіти. Здатність речовини проводити тепло характеризується його теплопровідністю, позначається грецькою буквою l (лямбда) і вимірюється в Вт / (м х град.). Здатність конструкції утримувати тепло характеризується її опором теплопередачі R і дорівнює відношенню товщини до теплопровідності: R = d / l.

У разі якщо конструкція складається з декількох шарів, опір розраховується для кожного шару і потім підсумовується.

Опір теплопередачі є основним показником зовнішньої конструкції. Його величина повинна перевищувати нормативне значення. Виконуючи теплотехнічний розрахунок огороджувальних конструкцій будівлі, ми повинні визначити економічно виправданий склад стін і покрівлі.

значення теплопровідності

Якість теплоізоляції визначається в першу чергу теплопровідністю. Кожен сертифікований матеріал проходить лабораторні дослідження, в результаті яких визначається це значення для умов експлуатації «А» або «Б». Для нашої країни більшості регіонів відповідають умови експлуатації «Б». Виконуючи теплотехнічний розрахунок огороджувальних конструкцій будинку, слід використовувати саме це значення. Значення теплопровідності вказують на етикетці або в паспорті матеріалу, але якщо їх немає, можна скористатися довідковими значеннями зі Зводу правил. Значення для найбільш популярних матеріалів наведені нижче:

Кладка із звичайної цегли - 0,81 Вт (м х град.).
Кладка з силікатної цегли - 0,87 Вт (м х град.).
Газо- і пінобетон (щільністю 800) - 0,37 Вт (м х град.).
Деревина хвойних порід - 0,18 Вт (м х град.).
Екструдований пінополістирол - 0,032 Вт (м х град.).
Плити мінераловатні (щільність 180) - 0,048 Вт (м х град.).

Нормативне значення опору теплопередачі

розрахункове значення опору теплопередачі не повинно бути менше базового значення. Базове значення визначається за таблицею 3 СП50.13330.2012 «Тепловий захист будівель». У таблиці визначені коефіцієнти для розрахунку базових значень опору теплопередачі всіх огороджувальних конструкцій і типів будівель. Продовжуючи розпочатий теплотехнічний розрахунок огороджувальних конструкцій, приклад розрахунку можна представити таким чином:

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).
Рокн = 0,00005х6435 + 0,3 = 0,62 (м х град / Вт).

Теплотехнічний розрахунок зовнішньої огороджувальної конструкції виконується для всіх конструкцій, що замикають «теплий» контур - підлогу по грунту або перекриття техпідпілля, зовнішні стіни (включаючи вікна і двері), суміщене покриття або перекриття неопалюваних горища. Також розрахунок необхідно виконувати і для внутрішніх конструкцій, якщо перепад температур в суміжних кімнатах становить понад 8 градусів.

Теплотехнічний розрахунок стін

Більшість стін і перекриттів за своєю конструкцією багатошарові і неоднорідні. Теплотехнічний розрахунок огороджувальних конструкцій багатошарової структури виглядає наступним чином:
R = d1 / l1 + d2 / l2 + dn / ln,
де n - параметри n-го шару.

Якщо розглядати цегляну обштукатурену стіну, то отримаємо таку конструкцію:

зовнішній шар штукатурки товщиною 3 см, теплопровідність 0,93 Вт (м х град.);
кладка з повнотілої глиняної цегли 64 см, теплопровідність 0,81 Вт (м х град.);
внутрішній шар штукатурки товщиною 3 см, теплопровідність 0,93 Вт (м х град.).

Формула теплотехнічного розрахунку огороджуючих конструкцій виглядає наступним чином:

R = 0,03 / 0,93 + 0,64 / 0,81 + 0,03 / 0,93 = 0,85 (м х град / Вт).

Отримане значення істотно меншої ніж визначено раніше базового значення опору теплопередачі стін житлового будинку в Мурманську 3,65 (м х град / Вт). Стіна не задовольняє нормативним вимогам і потребує утеплення. Для утеплення стіни використовуємо мінераловатні плити товщиною 150 мм і теплопровідністю 0,048 Вт (м х град.).

Підібравши систему утеплення, необхідно виконати перевірки теплотехнічний розрахунок огороджувальних конструкцій. Приклад розрахунку наведено нижче:

R = 0,15 / 0,048 + 0,03 / 0,93 + 0,64 / 0,81 + 0,03 / 0,93 = 3,97 (м х град / Вт).

Отримана розрахункова величина більше базової - 3,65 (м х град / Вт), утеплена стіна задовольняє вимогам норм.

Розрахунок перекриттів і суміщених покриттів виконується аналогічно.

Теплотехнічний розрахунок підлог, що стикаються з грунтом

Нерідко в приватних будинках або громадських будівлях підлоги перших поверхів виконуються по грунту. Опір теплопередачі таких статей не нормується, але як мінімум конструкція підлог не повинна допускати випадання роси. Розрахунок конструкцій, що стикаються з грунтом, виконується наступним чином: підлоги розбиваються на смуги (зони) шириною по 2 метри, починаючи з зовнішнього кордону. Таких зон виділяється до трьох, що залишилося площа відноситься до четвертої зони. Якщо в конструкції підлоги не передбачений ефективний утеплювач, то опір теплопередачі зон приймається наступним:

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).

Неважко помітити, що чим далі ділянка підлоги знаходиться від зовнішньої стіни, тим вище його опір теплопередачі. Тому найчастіше обмежуються утепленням периметра статі. При цьому до опору теплопередачі зони додається опір теплопередачі утепленої конструкції.
Розрахунок опору теплопередачі підлоги необхідно включати в загальний теплотехнічний розрахунок огороджувальних конструкцій. Приклад розрахунку підлог по грунту розглянемо нижче. Приймемо площа статі 10 х 10, рівну 100 м кв.

Площа 1 зони складе 64 м кв.
Площа 2 зони складе 32 м кв.
Площа 3 зони складе 4 м кв.

Середнє значення опору теплопередачі підлоги по ґрунті:
Рпола = 100 / (64 / 2,1 + 32 / 4,3 + 4 / 8,6) = 2,6 (м х град / Вт).

Виконавши утеплення периметра статі пенополистирольной плитою товщиною 5 см, смугою шириною 1 метр, отримаємо середнє значення опору теплопередачі:

Рпола = 100 / (32 / 2,1 + 32 / (2,1 + 0,05 / 0,032) + 32 / 4,3 + 4 / 8,6) = 4,09 (м х град / Вт).

Важливо відзначити, що подібним чином розраховуються не тільки підлоги, але і конструкції стін, що стикаються з грунтом (стіни заглибленого поверху, теплого підвалу).

Теплотехнічний розрахунок дверей

Дещо по-іншому розраховується базове значення опору теплопередачі вхідних дверей. Для його розрахунку знадобиться спочатку обчислити опір теплопередачі стіни по санітарно-гігієнічному критерієм (невипадання роси):
РСТ = (Тв - Тн) / (ДТН х ав).

Тут ДТН - різниця температур між внутрішньою поверхнею стіни і температурою повітря в кімнаті, визначається за Зводу правил і для житла становить 4,0.
ав - коефіцієнт тепловіддачі внутрішньої поверхні стіни, по СП становить 8,7.
Базове значення дверей береться рівним 0,6хРст.

Для обраної конструкції двері потрібно виконати перевірки теплотехнічний розрахунок огороджувальних конструкцій. Приклад розрахунку вхідних дверей:

Рдв = 0,6 х (20 - (- 30)) / (4 х 8,7) = 0,86 (м х град / Вт).

Цьому розрахунковим значенням буде відповідати двері, утеплена мінераловатної плитою товщиною 5 см. Її опір теплопередачі складе R = 0,05 / 0,048 = 1,04 (м х град / Вт), що більше розрахункового.

комплексні вимоги

Розрахунки стін, перекриттів або покриття виконуються для перевірки поелементних вимог нормативів. Зводом правил також встановлено комплектне вимога, що характеризує якість утеплення всіх огороджувальних конструкцій в цілому. Ця величина називається «питома теплозащитная характеристика». Без її перевірки не обходиться жоден теплотехнічний розрахунок огороджувальних конструкцій. Приклад розрахунку по СП наведено нижче.

Найменування конструкції	Площа	R	A / R
стіни	83	3,65	22,73
покриття	100	5,41	18,48
перекриття підвалу	100	4,79	20,87
вікна	15	0,62	24,19
двері	2	0,8	2,5
сума			88,77

Коб = 88,77 / 250 = 0,35, що менше нормованого значення 0,52. В даному випадку площі і об`єм прийняті для будинку розмірами 10 х 10 х 2,5 м. Опору теплопередачі - рівні базовим величинам.

Нормоване значення визначається відповідно до СП в залежності від опалювального обсягу будинку.

Крім комплексного вимоги, для складання енергетичного паспорта також виконують теплотехнічний розрахунок огороджувальних конструкцій, приклад оформлення паспорта дано при застосуванні до СП50.13330.2012.

коефіцієнт однорідності

Всі наведені вище розрахунки застосовні для однорідних конструкцій. Що на практиці зустрічається досить рідко. Щоб врахувати неоднорідності, що знижують опір теплопередачі, вводиться поправочний коефіцієнт теплотехнічної однорідності - r. Він враховує зміну опору теплопередачі, що вносяться віконними і дверними отворами, зовнішніми кутами, неоднорідними включеннями (наприклад перемичками, балками, армирующими поясами), містки холоду і ін.

Розрахунок цього коефіцієнта досить складний, тому в спрощеному вигляді можна скористатися зразковими значеннями з довідкової літератури. Наприклад, для цегляної кладки - 0,9, тришарових панелей - 0,7.

ефективне утеплення

Вибираючи систему утеплення будинку, легко переконатися, що виконати сучасні вимоги теплового захисту без використання ефективного утеплювача практично неможливо. Так, якщо використовувати традиційний глиняну цеглу, потрібно кладка товщиною в кілька метрів, що економічно недоцільно. Разом з тим низька теплопровідність сучасних утеплювачів на основі пінополістиролу або кам`яної вати дозволяє обмежитися товщиною в 10-20 см.

Наприклад, щоб досягти базового значення опору теплопередачі 3,65 (м х град / Вт), буде потрібно: