Теплотехнічний розрахунок огороджувальних конструкцій

Теплотехнічний розрахунок огороджувальних конструкцій

У зв 'язку з досить суворим кліматом на майже всій території нашої неосяжної країни і регулярним зростанням тарифів на електроенергію актуальність витрат на опалення приміщень виходить на перший план. Адже створення комфортних умов у житлових і комерційних приміщеннях є базовим завданням будь-якого будівництва нерухомості.

Для визначення оптимальної конструкції стін і покрівлі необхідно враховувати кліматичні норми регіону будівництва, які вказані у зводі правил "Будівельної кліматології" СП131.13330.2012. Тематичні розрахунки спираються на такі параметри:


- Тн - температура найхолоднішої п "ятиденки із забезпеченістю 0,92;

- Той - середнє значення температури за період;

- ZOT - тривалість періоду.

Наприклад, для Мурманська вищевказані параметри складають: Тн - "-30 град. Цельсія ", Той -" -3,4 град. Цілься ", ZOT - 275 діб. Є ще параметр "температура всередині приміщення", який позначається як "Тв" і визначається відповідно до ГОСТ 30494-2011. Для житла можна застосувати Тв рівним 20 градусам Цельсія. А для виробництва обчислень, пов 'язаних з теплотехнічним розрахунком огороджувальних конструкцій (ТТРОК) необхідно спочатку визначити величину градусо-доби опалювального періоду (ДСОП) за формулою: ДСОП = (Тв - Тот) х ZOT. Якщо застосувати дані для Мурманська, то вийде значення ГСПО = (20 - (-3,4) х 275 = 6435.

Основні показники

Вибір матеріалів огороджувальних конструкцій безпосередньо залежить від їх теплотехнічних характеристик. Параметр "теплопровідність" (у формулах позначається грецькою буквою лямбда "I" і вимірюється в Вт/( м х град. Цельсія)) характеризує здатність матеріалу пропускати теплову енергію. А "опір теплопередачі" (позначається буквою "R") характеризує здатність будівельної конструкції утримувати тепло. Формула визначення цієї величини: R = d/I.

Опір теплопередачі для багатошарових матеріалів розраховується як сума величин для кожного шару. Цей показник є ключовим для зовнішньої конструкції, і його значення в обов 'язковому порядку має бути вищим, ніж норматив. ТТРОГ своєю метою ставить посвідчення економічно обґрунтованого складу стін і покрівлі.


Якість ізоляції, що визначається в пріоритетному порядку тепловодністю, підтверджується відповідними сертифікатами, в яких їй присвоюється категорія "А" або "Б". Кліматичні умови в нашій країні, як правило, відносяться до умов експлуатації саме категорії "Б". У паспорті матеріалу або на самому маркуванні вказується значення теплопровідності. До речі, у Зведенні правил наводяться ці параметри для основного переліку будівельних матеріалів. Так, кладці звичайної цегли відповідає значення 0,81 Вт (м х град. Цельсія), кладці з силікатної цегли - 0,87, газо- та пінобетону з щільністю "800" - 0,37, деревині хвойних порід - 0,18, екструдованому пінополістиролу - 0,032, а плитам мінераловатним - 0,048.

Розрахункове значення параметра "опір теплопередачі" також не може бути менше нормативу, зазначеного в таблиці 3 "Теплового захисту будівель" СП50.13330.2012. Якщо продовжити розпочатий ТТРОК, то вийде: Рстен = 0,00035 х 6435 + 1,4 = 3,65 (м х град/Вт). Рпокр = 0,0005 х 6435 + 2,2 = 5,41 (м х град/Вт). Рокн = 0,00005 х 6435 + 0,3 = 0,62 (м х град/Вт). Рчерд = 0,00045 х 6435 + 1,9 = 4, 79 (м х град/Вт).

ТТРОК виробляється для всіх конструкцій, які замикають "теплий контур": зовнішні стіни, включаючи двері і вікна, підлогу по грунту або перекриття техпідпілля, поєднане покриття або перекриття горища, якщо воно не опалюється. А при перепаді температур у суміжних приміщеннях, який перевищує вісім градусів Цельсія, аналогічний розрахунок проводиться і для внутрішніх конструкцій.

Теплотехнічний розрахунок стін

Оскільки в основній своїй масі стіни і перекриття мають вигляд багатошарової конструкції, то для виконання ТТРОК слід користуватися формулою: R = d1/I1 + d2/I2 + dn/In, де n - значення n-го шару. Таким чином, для цегляної оштукатуреної стіни з трьохсантиметровим зовнішнім шаром штукатурки та її теплопровідністю 0,93 Вт (м х град. Цельсія), кладкою з повнотілої глиняної цегли 64 см з теплопровідністю 0,81 Вт (м х град. Цельсія) і трьохсантиметровим внутрішнім шаром штукатурки з теплопровідністю знову ж таки 0,93 Вт (м х град. Цельсія) вийде наступний розрахунок:

R = 0,03/0,93 + 0,64/0,81 + 0,03/0,93 = 0,85 (м х град/Вт). Якщо порівняти це значення з базовим нормативом для стін житлових будівель у Мурманську, який дорівнює 3,65 (м х град. Цельсія), то є істотна невідповідність. Така стіна жодним чином не зможе задовольняти нормативним вимогам, і для неї потрібне значне утеплення. Як варіант, в даному випадку можна використовувати мінераловатні плити (товщина 15 см і теплопровідність 0,048 Вт (м х град. Цельсія). Після нового розрахунку отримує результат: R = 0,15/0,048 + 0,003/0,93 + 0,64/0,81 + 0,03/0,93 = 3,97 (м х град/Вт). Наявна відповідність базовим стандартам утеплення стін у Мурманську.

Теплотехнічний розрахунок підлог і дверей

Незважаючи на те, що опір теплопередачі біля підлог перших поверхів, виконаних по грунту, не нормується, потрібно все-таки враховувати виняток ситуації, коли конструкція допускає випадання роси. Для цього розрахунок проводиться таким чином, що підлоги діляться на зони, ширина яких становить по два метри, починаючи із зовнішнього боку. Якщо підлоги не містять у своїй конструкції потужний утеплювач, то необхідно враховувати такі параметри опору теплопередачі (м х град/Вт): 1 зона - 2,1; 2 зона - 4,3; 3 зона - 8,6; 4 зона - 14,3. В даному випадку параметр "опір теплопередачі" безпосередньої зони додається до аналогічного показника утепленої конструкції. А розрахунок опору теплопередачі підлоги в обов 'язковому порядку включається до загального ТТРОК.

Якщо прийняти до розрахунку, що площа підлоги (10 х 10) дорівнює 100 м2, і розбивка по зонах буде проведена наступним чином: площа першої зони 64 м2, другої - 32 м2 і третьої - 4 м2, - то середнє значення опору теплопередачі підлоги за грунтом визначатиметься:


Рпола = 100/( 64/2,1 + 32/4,3 + 4/8,6) = 2,6 (м х град/Вт).

Якщо виконати утеплення підлоги плитою з пінополістиролу, ширина якої становить один метр, а товщина п 'ять сантиметрів, то опір теплопередачі підлоги по грунту вже складе наступне значення:

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

Тут слід зазначити, що дані розрахунки актуальні і для стін будинків, конструкція яких передбачає зіткнення з грунтом (теплі підвали, заглиблені поверхи тощо).

При розрахунку опору теплопередачі вхідних дверей необхідно враховувати аналогічний показник для стіни, де розташовані двері, за таким санітарно-гігієнічним показником, як невипадання роси. Він розраховується наступним чином: Рст = (Тв - Тн )/( ДТн х ав), де ДТн - різниця температур між внутрішньою поверхнею дверей і кімнатною температурою, визначається за Зведенням правил (СП) (4,0 для житла); ав - коефіцієнт тепловіддачі внутрішньої поверхні стіни (8,7 за СП). В якості базового береться значення дверей, рівне 0,6 х Рст.


Перевірочний ТТРОК виглядатиме наступним чином:

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

Комплексні вимоги

Крім поелементних розрахунків для стін, покриття і перекриттів СП передбачає також і комплексні вимоги для всієї огороджувальної конструкції в цілому, які визначаються спеціальним параметром "питома теплозахисна характеристика".

Також для складання енергетичного паспорта виконується ТТРОК згідно з додатком до СП50.13330.2012. Крім того, вищенаведені приклади розрахунків відповідають виключно однорідним конструкціям, що в реальному житті зустрічається досить рідко. Тому слід брати до уваги, що неоднорідності будівельних конструкцій визначаються спеціальним параметром "r" (поправочним коефіцієнтом теплотехнічної однорідності), який враховує різні зміни опору тепловіддачі, пов 'язані з неоднорідними включеннями в загальну конструкцію. Так як самі розрахунки представляються досить складними, то для приблизної оцінки достатньо користуватися довідковими даними. Наприклад, для тришарових панелей цей параметр має значення "0,7", а для цегляної кладки - "0,9".

Проаналізувавши сучасні вимоги щодо теплового захисту будівельних конструкцій, можна впевнено констатувати, що будь-які об 'єкти, виконані з використанням традиційних матеріалів, потребують ефективного утеплювача.