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

Створення комфортних умов для проживання чи 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. Із зростанням тарифів на енергоносії зниження витрати енергії на опалення виходить на перший план.

Кліматичні характеристики

Вибір конструкції стін і покрівлі залежить перш за все від кліматичних умов району будівництва. Для їх визначення необхідно звернутися до СП131133302012 «Будівельна кліматологія». У розрахунках використовуються такі величини:

температура найбільш холодної п'ятиденки забезпеченістю 092 позначається Тн;

середня температура, позначається Той;

тривалість, позначається ZOT.

На прикладі Мурманська величини мають такі значення:

Тн=-30 град;

Той=-3.4 град;

ZOT=275 діб.

Крім того, необхідно визначити розрахункову температуру всередині приміщення Тб, вона визначається у відповідності з ГОСТом 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 - (-34)) 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 коли конструкція складається з кількох 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 огороджуючих 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 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 Зводу правил. Значення для найбільш популярних матеріалів наведені нижче:

Кладка із звичайної цегли - 081 Вт(м х град.).

Кладка з силікатної цегли - 087 Вт(м х град.).

Газо - і пінобетон (щільністю 800) - 037 Вт(м х град.).

Деревина хвойних порід - 018 Вт(м х град.).

Екструдований пінополістирол - 0032 Вт(м х град.).

Плити мінераловатні (щільність 180) - 0048 Вт(м х град.).

Нормативне значення опору теплопередачі

Розрахункове значення опору теплопередачі не повинен бути меншим базового значення. Базове значення визначається за таблицею 3 СП50133302012 «Тепловий захист будівель». В 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 наступним чином:

Рстен = 000035х6435 + 14 = 365 (м х град/Вт).

Рпокр = 00005х6435 + 22 = 541 (м х град/Вт).

Рчерд = 000045х6435 + 19 = 479 (м х град/Вт).

Рокна = 000005х6435 + 03 = 062 (м х град/Вт).

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

Теплотехнічний розрахунок стін

Більшість стін і перекриттів по своїй конструкції 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 оштукатурену стіну, то отримаємо наступну конструкцію:

зовнішній шар штукатурки товщиною 3 см, теплопровідність 093 Вт(м х град.);

кладка з повнотілої глиняної цегли 64 см, теплопровідність 081 Вт(м х град.);

внутрішній шар штукатурки товщиною 3 см, теплопровідність 093 Вт(м х град.).

Формула теплотехнічного розрахунку огороджуючих конструкцій виглядає наступним чином: R=003/093 + 064/081 + 003/093 = 085(м х град/Вт). Отримане значення суттєво менше визначеного раніше базового значення опору теплопередачі стін житлового будинку в Мурманську 365 (м х град/Вт). Стіна не задовольняє нормативним вимогам і потребує утеплення. Для утеплення стіни використовуємо мінераловатні плити товщиною 150 мм і теплопровідністю 0048 Вт(м х град.).
Підібравши систему утеплення, необхідно виконати перевірочний теплотехнічний розрахунок огороджувальних конструкцій. Приклад розрахунку наведено нижче: R=015/0048 + 003/093 + 064/081 + 003/093 = 397(м х град/Вт). Отримана розрахункова величина більше базової - 365 (м х град/Вт), утеплена стіна задовольняє вимогам норм. Розрахунок перекриттів і суміщених покриттів виконується аналогічно.

Теплотехнічний розрахунок підлог, стикаються з грунтом

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

1 зона – 21 (м х град/Вт);

2 зона – 43 (м х град/Вт);

3 зона – 86 (м х град/Вт);

4 зона – 143 (м х град/Вт).

Неважко помітити, що чим далі ділянку підлоги знаходиться від зовнішньої стіни, тим вище його опір теплопередачі. Тому часто обмежуються утепленням периметра підлоги. 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 підлоги 10 х 10 рівну 100 м кв.

Площа 1 зони складе 64 кв. м

Площа 2 зони складе 32 м кв.

Площа 3 зони складе 4 м кв.

Середнє значення опору теплопередачі підлоги по грунту:
Рпола = 100 /(64/21 + 32/43 + 4/86) = 26 (м х град/Вт). Виконавши утеплення периметра підлоги пінополістирольною плитою товщиною 5 см, смугою шириною 1 метр, отримаємо середнє значення опору теплопередачі: Рпола = 100 /(32/21 + 32/(21+005/0032) + 32/43 + 4/86) = 409 (м х град/Вт). Важливо відзначити, що подібним чином розраховуються не тільки підлоги, але і конструкції стін, які контактують з грунтом (стіни заглибленого поверху, теплого підвалу).

Теплотехнічний розрахунок дверей

Дещо інакше розраховується базове значення опору теплопередачі вхідних дверей. Для його розрахунку знадобиться спочатку обчислити опір теплопередачі стіни по санітарно-гігієнічному критерієм(невипадению роси):
Рст = (Тв – Тн)/(Dsc х ав). Тут Цив – різниця температур між внутрішньою поверхнею стіни і температурою повітря в кімнаті, визначається за Зводом правил та для житла становить 40.
ав – коефіцієнт тепловіддачі внутрішньої поверхні стіни, СП становить 87.
Базове значення дверей береться рівним 06 хРст. Для вибраної конструкції двері потрібно виконати перевірочний теплотехнічний розрахунок огороджувальних конструкцій. Приклад розрахунку вхідних дверей: Рдв = 06 х (20-(-30))/(4 х 87) = 086 (м х град/Вт). Цього розрахунковим значенням буде відповідати двері, утеплена мінераловатної плитою товщиною 5 див Її опір теплопередачі складе R=005 /0048=104 (м х град/Вт), що більше розрахункового.

Комплексні вимоги

Розрахунки стін, перекриттів або покриття виконуються для перевірки поелементних вимог нормативів. Зведенням 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



365



2273



Покриття



100



541



1848



Перекриття підвалу



100



479



2087



Вікна



15



062



2419



Двері



2



08



25



Сума











8877

Коб = 8877 /250 = 035 що менше нормованого значення 052. В даному випадку площі та обсяг прийняті для будинку розмірами 10 х 10 х 25 м. Опору теплопередачі – рівні базових величин. Нормоване значення визначається відповідно до СП в залежності від опалюваного об'єму будинку. Крім комплексного вимоги, для складання енергетичного паспорта також виконують теплотехнічний розрахунок огороджувальних конструкцій, приклад оформлення паспорта дано в додатку до СП50133302012.

Коефіцієнт однорідності

Всі наведені вище розрахунки застосовуються для однорідних конструкцій. Що на практиці зустрічається досить рідко. Щоб врахувати неоднорідність, знижують опір теплопередачі, вводиться поправковий коефіцієнт теплотехнічної однорідності – r. Він враховує зміну опору теплопередачі, що вносяться віконними і дверними прорізами, зовнішніми кутами, неоднорідними включеннями (наприклад перемичками, балками, армуючими поясами), містки холоду та ін. Розрахунок цього коефіцієнта досить складний, тому в спрощеному вигляді можна скористатися приблизними значеннями з довідкової літератури. Наприклад, для цегляної кладки – 09 тришарових панелей – 07.

Ефективне утеплення

Вибираючи систему утеплення будинку, легко переконатися, що виконати сучасні вимоги теплового захисту без використання ефективного утеплювача практично неможливо. Так, якщо використовувати традиційний глиняна цегла, 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 товщинами в 10-20 див. Наприклад, щоб досягти базового значення опору теплопередачі 365 (м х град/Вт), потрібно:

цегляна стіна товщиною 3 м;

кладка з пінобетонних блоків 14 м;

мінераловатний утеплювач 018 м.