Справочник строителя | Обеспечение тепловой устойчивости

СОПРОТИВЛЕНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ТЕПЛОПЕРЕДАЧЕ

Внешние ограждающие конструкции отапливаемых жилых, производственных и общественных зданий должны не только удовлетворять требованиям прочности, устойчивости, огнестойкости, долговечности, экономичности и современного дизайна, но и иметь соответствующие теплотехнические показатели. Выбор ограждающих конструкций следует производить в зависимости от физических свойств материала, конструктивного решения, температурно-влажностного режима воздуха в здании, климатологических данных района строительства, а также от норм сопротивления теплопередаче, воздухо- и паропроницанию. Для уменьшения колебаний температуры воздуха в помещениях наружные ограждения должны обладать необходимой тепловой устойчивостью.

Для уменьшения потерь теплоты в зимний период и поступления теплоты в летний период при проектировании зданий и сооружений нужно предусматривать: решения, обеспечивающие наименьшую площадь ограждающих конструкций; солнцезащиту световых проемов; рациональное применение эффективных теплоизоляционных материалов; уплотнение притворов и фальцев в заполнениях проемов и сопряжений элементов в наружных стенах и покрытиях. В зависимости от относительной влажности и температуры внутреннего воздуха определяют влажностный режим помещений (табл. 1).

Таблица 1. Классификация помещений по влажности

Режим помещения
Влажность внутреннего воздуха, %, при температуре
до 12 °С
свыше 12 до 24 °С
свыше 24 °С

Сухой

До 60

До 50

До 40

Нормальный

Свыше 60 до 75

Свыше 50 до 60

Свыше 40 до 50

Влажный

Свыше 75

Свыше 60 до 75

Свыше 50 до 60

Мокрый

-

Свыше 75

60

 

Архитектурно-строительные решения по ограждающим конструкциям проектируемого здания должны быть такими, чтобы полное термическое сопротивление теплопередаче этих конструкции R0 = 1/k (k - коэффициент теплопередачи) было равным экономически целесообразному сопротивлению теплопередаче R0эк, определенному из условия обеспечения наименьшие приведенных затрат, но не менее требуемого сопротивления теплопередаче R0тр по санитарно-гигиеническим условиям. Если у проектируемого здания предполагается стены выложить из кирпича или природного камня, то можно R0 принимать меньше R0тр, но не более чем на 5 %. Определять сопротивление теплопередаче внутренних ограждающих конструкций (стен, перегородок, перекрытий и заполнений проемов) нужно только в случаях, когда разность температур внутреннего воздуха в разделяемых этими конструкциями помещениях превышает 10 °С.

Для расчета по санитарно-гигиеническим условиям требуемого сопротивления теплопередаче R0тр, (м2 • °С)/Вт, ограждающих конструкций, за исключением заполнений световых проемов (окон, балконных дверей и фонарей), пользуются формулой

(1)

где n - коэффициент, учитывающий положение ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху (табл. 2); tв - расчетная температура внутреннего воздуха, °С, принимаемая по табл. 2...4 (САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМАМ ОТОПЛЕНИЯ); tн - расчетная зимняя температура наружного воздуха, °С, принимаемая по табл. 1 (САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМАМ ОТОПЛЕНИЯ) с учетом рекомендаций табл. 3; ?tн - нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемый по табл. 4; ?в - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций [для стен, полов, гладких потолков, потолков с выступающими ребрами при отношении высоты h ребер к расстоянию, а между гранями соседних ребер h/a ? 0,3 принимается равным 8,7 Вт/(м2·°С), а для потолков с выступающими ребрами при h/а > 0,3 - 7,6 Вт/(м2·°С)].

Таблица 2. Значения коэффициента n, учитывающего положение ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху

Ограждающие конструкции

n

Наружные стены и покрытия; перекрытия чердачные (с кровлей из штучных материалов) и над проездами; перекрытия над холодными подпольями без ограждающих стенок в Северной строительно-климатической зоне

1

Перекрытия над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом перекрытия чердачные (с кровлей из рулонных материалов); перекрытия над холодными подпольями с ограждающими стенками и холодными этажами в Северной строительно-климатической зоне

0,9

Перекрытия над неотапливаемыми подвалами со световыми проемами в стенах

0,75

Перекрытия над неотапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенные выше уровня земли

0,6

Перекрытия над неотапливаемыми техническими подпольями, расположенными ниже уровня земли

0,4

 

Таблица 3. Рекомендации по выбору расчетной зимней температуры наружного воздуха

Тепловая инерция D ограждающих конструкций
Температура, которую следует принимать за tн

До 1,5 (безинерционная)

Абсолютная минимальная температура

Свыше 1,5 до 4 (малая инерционность)

Средняя температура наиболее холодных суток*

Свыше 4 до 7 (средняя инерционность)

Средняя температура наиболее холодных трех суток*

Свыше 7 (большая инерционность)

Средняя температура наиболее холодной пятидневки

* Определяют как среднее арифметическое температур наиболее холодных суток и наиболее холодной пятидневки, округляя до целого значения.

Таблица 4. Нормативный температурный перепад

Здания и помещения
Значения ?tн ,°С, для
наружных стен
покрытий и чердачных перекрытий
перекрытий над проездами, подвалами и подпольями

1. Здания жилые, больничных учреждений, детских садов, яслей, комбинатов

6

4

2

2. Здания общеобразовательных детских школ

6

4,5

2,5

3. Общественные здания, кроме указанных в п. 1 и 2, и вспомогательные здания и помещения промышленных предприятий, за исключением помещений

с влажным или мокрым режимом

7

5,5

2,5

4. Производственные здания с сухим режимом

10

8

2,5

5. Производственные здания с нормальным режимом

8

7

2,5

6. Производственные здания, а также помещения общественных зданий и вспомогательных зданий промышленных предприятий с влажным или мокрым режимом, если не допускается конденсация влаги на внутренней поверхности:

 

 

 

стен и потолков

tв - tр

0,8(tв - tр)

2,5

только потолков

7

0,9(tв - tр)

2,5

7. Производственные здания с влажным или мокрым режимом и агрессивной средой (растворимые соли)

tв - tрр

tв - tр

2,5

Примечания:

1. Для производственных зданий с сухим и нормальным режимом температура внутренней поверхности ограждающей конструкции должна быть не ниже точки росы внутреннего воздуха при расчетной зимней температуре наружного воздуха.

2. Буквенные обозначения: tв - то же, что в формуле (1); tр - точка росы, °С, при расчетной температуре и относительной влажности внутреннего воздуха, принимаемым по ГОСТ 12.1.005-76 и нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений; tpp - то же, что tр, но с учетом агрессивной среды.

Для дверей (кроме балконных) и ворот требуемое сопротивление теплопередаче следует принимать не менее 0,6R0тр стен зданий и сооружений, определенного по формуле (1) при расчетной зимней температуре наружного воздуха, равной средней температуре наиболее холодной пятидневки.

Для оценки тепловой инерции D многослойной ограждающей конструкции используют формулу

(2)

где R1 R2, ..., Rn - термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, (м2 ·°С)/Вт, определяемые по формуле (2.3); s1 s2, ..., sn - расчетные коэффициенты теплоусвоения материала отдельных слоев ограждающей конструкции, Вт/(м2 • °С), принимаемые по СНиП II-3-86.

При расчетах коэффициент теплоусвоения воздушных прослоек принимают равным нулю, а слои конструкции, расположенные между воздушной прослойкой, вентилируемой наружным воздухом, и наружной поверхностью ограждающей конструкции, не учитывают.

Термическое сопротивление слоя многослойной ограждающей конструкции, а также однородной (однослойной) ограждающей конструкции

(3)

где ? - толщина слоя, м; ? - расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м • °С), принимаемый по СНиП ll-3-86.

Определив требуемое сопротивление R0тр ограждающих конструкций по санитарно-гигиеническим условиям, рассчитывают фактическое сопротивление теплопередаче

(4)

где ?в - то же, что в формуле (1); RK - термическое сопротивление ограждающей конструкции, (м2 • °С)/Вт, определяемое при однородной (однослойной) конструкции по формуле (3), при многослойной - по формулам (5) и (7) или (9); ?н - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для зимних условий, Вт/(м2 • °С), принимаемый по табл. 5.

Таблица 5. Значения коэффициента теплоотдачи наружной поверхности ограждающих конструкций для зимних условий

Ограждающие конструкции
?н,
Вт/(м2 · °С)

Наружные стены, покрытия, перекрытия над проездами и холодными подпольями без ограждающих стенок в Северной строительно-климатической зоне

23

Перекрытия над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом; перекрытия над холодными подпольями с ограждающими стенками и холодными этажами в Северной строительно-климатической зоне

17

Перекрытия чердачные и над неотапливаемыми подвалами со световыми проемами в стенах

12

Перекрытия над неотапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенных выше уровня земли, и над неотапливаемыми техническими подпольями, расположенными ниже уровня земли

6

 

У ограждающей конструкции с последовательно расположенными однородными слоями термическое сопротивление RK определяют как сумму термических сопротивлений отдельных слоев:

(5)

где R1, R2,…., Rn - то же, что в формуле (2); Rв.n. - термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки, принимаемое по табл. 6.

Таблица 6. Термические сопротивления замкнутых воздушных прослоек

Толщина воздушной прослойки, м
Значения термического сопротивления Rв.n, (м2·°С)/Вт, прослойки
горизонтальной при потоке теплоты снизу вверх и вертикальной
горизонтальной при потоке теплоты сверху вниз

0,01

0,13/0,15

0,14/0,15

0,02

0,14/0,15

0,15/0,19

0,05

0,14/0,17

0,17/0,22

0,1

0,15/0,18

0,18/0,23

0,15

0,15/0,19

0,19/0,24

0,2...0,3

0,15/0,19

0,19/0,24

Примечания:

1. В числителе - при положительной температуре воздуха в прослойке, в знаменателе - при отрицательной.

2. При оклейке одной или обеих поверхностей воздушной прослойки алюминиевой фольгой термическое сопротивление следует увеличивать в 2 раза.

У неоднородной ограждающей конструкции (например, у многослойной каменной стены облегченной кладки с теплоизоляционным слоем, рис. 1) приведенное термическое сопротивление Rкпр, (м2·°С)/Вт, определяют следующим образом.

Варианты схем теплопроводных включений в ограждающие конструкции

Рисунок 1. Варианты схем теплопроводных включений в ограждающие конструкции

Условно разрезают плоскостями, параллельными направлению теплового потока, ограждающую конструкцию (или часть ее) на участки, из которых одни могут быть однородными (однослойными) - из одного материала, а другие неоднородными - из слоев различных материалов, и термическое сопротивление ограждающей конструкции Ra определяют по формуле

(6)

где F1,F2,...,Fn - площади отдельных участков конструкции (или части ее), м2; R1,R2,...,Rn - термические сопротивления указанных отдельных участков конструкции, определяемые по формуле (2.3) для однородных участков и по формуле (5) для неоднородных участков.

Затем ограждающую конструкцию (или часть ее, взятую для определения Ra) условно разрезают на слои плоскостями, перпендикулярными направлению теплового потока. Одни из этих слоев также могут быть однородными - из одного материала, а другие неоднородными - из однослойных участков разных материалов.

Термическое сопротивление однородных слоев находят по формуле (3), неоднородных слоев - по формуле (5), а термическое сопротивление ограждающей конструкции Rb определяют как сумму термических сопротивлений отдельных однородных и неоднородных слоев - по формуле (5).

Приведенное термическое сопротивление ограждающей конструкции рассчитывают по формуле

(7)

Если Ra превышает Rb более чем на 25 % или ограждающая конструкция имеет выступы на поверхности, то приведенное термическое сопротивление Rкпр определяют на основании расчета температурного поля в такой последовательности.

Определив tB и tн, находят средние температуры внутренней тв.ср и наружной тн.ср поверхностей ограждающей конструкции, после чего вычисляют расчетный тепловой поток, Вт/м2,

(8)

где ?в, tв и tн - то же, что в формуле (1); ?н - то же, что в формуле (4).

Затем определяют приведенное термическое сопротивление неоднородной конструкции

(9)

Приведенное фактическое сопротивление теплопередаче R0, (м2·°С)/Вт, неоднородной ограждающей конструкции находят по формуле

(10)

где tв и tн - то же, что в формуле (1); qрасч - то же, что в формуле (8).

Приведенное фактическое сопротивление теплопередаче наружных панельных стен жилых зданий можно определять по формуле

(11)

где R0усл - сопротивление теплопередаче панельных стен, условно определяемое по формуле (4) без учета теплопроводных включений, (м2·°С )/Вт; r - коэффициент, учитывающий влияние стыков, обрамляющих ребер и других теплопроводных включений (принимается на основании расчета температурного поля или находится экспериментально).

Внутренние поверхности ограждающей конструкции по теплопроводному включению (диафрагма, сквозной шов из раствора, стык панелей, жесткие связи стен облегченной кладки, элементы фахверка и др.), если не допускается выпадения конденсата по включению, должны иметь температуру не ниже точки росы внутреннего воздуха при расчетной зимней температуре наружного воздуха, или, если допускается кратковременное (не более 5 сут) образование конденсата по включению, - при средней температуре наиболее холодной пятидневки наружного воздуха.

Для определения точки росы в местах теплопроводных включений ограждающих конструкций относительную влажность внутреннего воздуха жилых зданий, больничных учреждений, диспансеров, амбулаторно-поликлинических учреждений, родильных домов, домов-интернатов для престарелых и инвалидов, общеобразовательных детских школ, детских садов, яслей и детских домов принимают равной 55 %, а всех других общественных зданий - 50 %.

Температуру внутренней поверхности тв, °С, ограждающей конструкции без теплопроводного включения определяют по формуле

(12)

где tB, tн, и ?в - то же, что в формуле (1); R0 - то же, что в формуле (4).

В местах теплопроводных включений низшую температуру внутренней поверхности ?’в, °С, ограждающей конструкции можно определять по формуле

(13)

где R’0 и R0усл - сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции, (м2 • °С)/Вт, соответственно в местах теплопроводных включений и вне этих мест, определяемые по формуле (4); ? - коэффициент, принимаемый по табл. 7 и 8.

Таблица 7. Коэффициент η при различных схемах теплопроводных включений в ограждающую конструкцию

Номер схемы (см. рис. 1)
Значения η при α/δ
0,02
0,06
0,1
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,5
I

0,12

0,24

0,38

0,55

0,74

0,83

0,87

0,90

0,95

II

0,07

0,15

0,26

0,42

0,62

0,73

0,81

0,85

0,94

III

0,25

0,50

0,96

1,26

1,27

1,21

1,16

1,10

1,00

IV

0,04

0,10

0,17

0,32

0,50

0,62

0,71

0,77

0,89

Примечания:

1. При α/δ > 1,5 низшую температуру внутренней поверхности о ограждающей конструкции следует рассчитывать по формуле (12).

2. При промежуточных значениях α/δ коэффициент можно определять интерполяцией.

Таблица 8. Коэффициент ? при V схеме (см. рис. 1) теплопроводных включений

δв
Значения η при α/δ
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
0,16
0,18
0,5

0,011

0,025

0,044

0,071

0,102

0,136

0,17

0,205

0,25

0,006

0,014

0,025

0,04

0,054

0,074

0,092

0,112

Примечание. В пределах указанных в табл. 7 значений α/δ коэффициент η можно определить интерполяцией.

Экономически целесообразное термическое сопротивление теплоизоляционного слоя (утеплителя) Rутэк, (м2 • °С)/Вт, многослойной ограждающей конструкции, а также однородной (однослойной) конструкции предварительно можно определять по формуле

(14)

где tв - расчетная температура внутреннего воздуха, °С, принимаемая по нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений; tот.пер - средняя температура наружного воздуха за отопительный период, °С; zот.пер - продолжительность отопительного периода, ч; m - коэффициент, учитывающий дополнительные потери теплоты на инфильтрацию наружного воздуха, принимаемый равным 1,05; Ст - стоимость тепловой энергии, руб./Дж, определяемая по действующему прейскуранту; lт - коэффициент, учитывающий изменение стоимости тепловой энергии на перспективу; λyт - расчетный коэффициент теплопроводности материала теплоизоляционного слоя многослойной ограждающей конструкции или однородной (однослойной) ограждающей конструкции, Вт/(м • °С), принимаемый по СНиП Н-3-86; Сут - стоимость материала теплоизоляционного слоя многослойной конструкции или стоимость однородной ограждающей конструкции, руб./м3; Енп - норматив для приведения разновременных затрат, принимаемый равным 0,08. Экономически целесообразное сопротивление теплопередаче R0эк, (м2·°С)/Вт, многослойной или однослойной ограждающей конструкции предварительно определяют по формуле

(15)

где αв и αн - то же, что в формуле (4); Rутэк - то же, что в формуле (14); ΣRк.с - сумма термических сопротивлений конструктивных слоев, (м2· °С)/Вт, многослойной ограждающей конструкции, определяемых по формуле (3).

Толщину теплоизоляционного слоя (утеплителя) многослойной ограждающей конструкции ?ут, м, а также толщину однородной (однослойной) конструкции предварительно определяют по формуле

(16)

где Rутэк и λyт - то же, что в формуле (14).

Путем анализа вариантов ограждающих конструкций с различным сопротивлением теплопередаче R0 определяют экономически целесообразное сопротивление теплопередаче Rэк0 исходя из условия обеспечения наименьших приведенных затрат П, руб./м2, которые подсчитывают по формуле

(17)

где Сд - единовременные затраты (себестоимость строительно-монтажных работ), руб./м2, определяемые по действующим для конкретного района нормативам для расчета сметной стоимости строительства; tв, tот.лер, zот.лер, m, Ст, lт, Ен.п - то же, что в формуле (14); R0 - сопротивление теплопередаче, (м2·°С)/Вт, ограждающей конструкции, принимаемое для вариантов расчета равным или близким значению, определенному по формуле (15).

Поделитесь ссылкой в социальных сетях