Определение приведенного сопротивления теплопередаче по расчету конструкций в направлениях, параллельном и перпендикулярном потоку тепла

Для плоских ограждающих конструкций с теплопроводными включениями большой толщины, теплопроводность которых не превышает теплопроводности основного материала более, чем в 40 раз, приведенное термическое сопротивление определяется как среднее термическое сопротивление из значений сопротивлений отдельных участков ограждения. Поскольку направление теплового потока в этом случае отклоняется от основного (перпендикулярно стене) из-за разной теплопроводности элементов ограждения, расчет производится два раза; характерные участки конструкции рассматриваются в двух направлениях: параллельно основному и перпендикулярно ему.

а) ограждающая конструкция условно разделяется плоскостями, параллельными основному потоку тепла (рисунок 4.8), на участки с разными теплотехническими свойствами. Эти участки могут быть однородными (I) или состоять из слоев из различных материалов (II).

 

 

Рисунок 4.8 – Расчетная схема неоднородной ограждающей конструкции

Среднее термическое сопротивление определится

R_|| = , (4.35)

где F_I, F_II,…, F_N – площади отдельных участков конструкции (или ее части);

R_I, R_II, …, R_N – термические сопротивления этих участков, рассчитываемые

по формулам (4.8) и (4.10);

N – число рассматриваемых участков.

б) конструкция условно разделяется плоскостями перпендикулярными потоку тепла. В этом случае расчетная схема ограждения представляет собой как бы слоистую конструкцию, одни слои которой могут быть однородными, а другие – нет. Термические сопротивления неоднородных слоев определяются так же, как однородных, по формуле (4.8), но в качестве коэффициента теплопроводности используется рассчитанное среднее значение λ_ср

, (4.36)

где λ₁, λ₂,…, λ_n – коэффициенты теплопроводности материалов в

неоднородном слое;

F₁, F₂,…, F_n – площади, занимаемые в характерной части конструкции этими материалами;

n – число материалов в неоднородном слое.

Термическое сопротивление по второму расчету R_^ определяется суммированием сопротивлений отдельных слоев, то есть по формуле (4.37).

Если величины R_|| и R_^ отличаются не более, чем на 25%, то приведенное термическое сопротивление рассчитывается по формуле

R^r = (R_|| + 2 R_^)/ 3. (4.37)

Приведенное сопротивление теплопередаче неоднородного ограждения равно . (4.38)

Если величина R_|| превышает величину R_^ более, чем на 25%, или ограждающая конструкция не является плоской (имеет выступы на поверхности), то приведенное сопротивление теплопередаче следует определять с помощью методов, изложенных в 4.3.1.

4.3.4. Требуемое сопротивление теплопередаче

В [12] установлены три нормируемых показателя тепловой защиты зданий; два из них относятся к теплотехническим характеристикам наружных ограждающих конструкций: «а» – приведенное сопротивление теплопередаче отдельных ограждающих конструкций здания (поэлементные требования) и «в» – (санитарно-гигиенические требования) – ограничение температуры на внутренних поверхностях ограждающих конструкций.

Показатель «б» – это удельная теплозащитная характеристика здания (комплексное требование). По этому показателю проектирование здания осуществляется путем определения комплексной величины энергосбережения от использования архитектурных, строительных, теплотехнических и инженерных решений. В настоящем пособии нормы и методика определения показателя «б» не рассматриваются.

Требования тепловой защиты здания будут выполнены при одновременном выполнении требований (а, б и в).

Поэлементные требования

Нормируемое значение приведенного сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции, , м²⋅⁰С/Вт, следует определять по формуле*

, (4.39)

где - базовое значение требуемого сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции, м²⋅⁰С/Вт, следует принимать в зависимости от градусо-суток отопительного периода, ГСОП, ⁰C⋅сут/год, региона строительства и определять по таблице 4.4 [12].

__________________________________________________________

*условные обозначения приведены по [12]; соответствие с ранее принятыми и используемыми в данном пособии условными обозначениями отражено в приложении

m_p – коэффициент, учитывающий особенности региона строительства, принимается равным 1. Допускается снижение значения коэффициента m_p в случае, если расчетная удельная характеристика расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию меньше нормируемого значения. Значения коэффициента m_p при этом должны быть не менее: m_p = 0,63 – для стен, m_p = 0,95 – для светопрозрачных конструкций, m_p = 0,8 – для остальных ограждающих конструкций.

Установление требований к теплозащитным свойствам ограждений неразрывно связано с задачей энергосбережения в зданиях, а именно: с уменьшением затрат на отопление. Количественной характеристикой, определяющие эксплуатационные расходы, то есть издержки на отопление, являются градусо-сутки отопительного периода

Градусо-сутки отопительного периода (ГСОП), ⁰С⋅сут/год, определяют по формуле

, (4.40)

где t_от, z_от – средняя температура наружного воздуха, °С, и продолжительность, сут/год, отопительного периода, принимаемые по [11] для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более 8°С, а при проектировании лечебно-профилактических, детских учреждений и домов-интернатов для престарелых не более 10°С;

t_в – расчетная температура внутреннего воздуха здания, °С, принимаемая при расчете ограждающих конструкций групп зданий указанных в таблице 4.4: по поз. 1 – по минимальным значениям оптимальной температуры соответствующих зданий (в интервале 20-22°С); по поз. 2 – согласно классификации помещений и минимальных значений оптимальной температуры (в интервале 16-21°С); по поз. 3 – по нормам проектирования соответствующих зданий (раздел 1.8 пособия).

Таблица 4.4 – Базовые значения требуемого сопротивления теплопередаче

ограждающих конструкций

Здания и помещения, коэффициенты а и b	Градусо-сутки отопительно-го периода ГСОП,	Базовые значения требуемого сопротивления теплопередаче , м2/(0С⋅Вт), ограждающих конструкций
Стен	Покры-тий и перекры-тий над проезда-ми	Перекрытий чердачных, над неотаплива-емыми подпольями и подвалами	Окон и балкон-ных дверей, витрин и витражей	Фонарей
1 Жилые, лечебно-профилактические и детские учреждения, школы, интернаты, гостиницы и общежития		2,1	3,2	2,8	0,3	0,3
	2,8	4,2	3,7	0,45	0,35
	3,5	5,2	4,6	0,6	0,4
	4,2	6,2	5,5	0,7	0,45
	4,9	7,2	6,4	0,75	0,5
	5,6	8,2	7,3	0,8	0,55
а	-	0,00035	0,0005	0,00045	-	0,000025
b	-	1,4	2,2	1,9	-	0,25
2 Общественные, кроме указанных выше, административные и бытовые, производственные и другие здания и помещения с влажным или мокрым режимами		1,8	2,4	2,0	0,3	0,3
	2,4	3,2	2,7	0,4	0,35
	3,0	4,0	3,4	0,5	0,4
	3,6	4,8	4,1	0,6	0,45
	4,2	5,6	4,8	0,7	0,5
	4,8	6,4	5,5	0,8	0,55
а	-	0,0003	0,0004	0,00035	0,00005	0,000025
b	-	1,2	1,6	1,3	0,2	0,25
3 Производственные с сухим и нормальным режимами*		1,4	2,0	1,4	0,25	0,2
	1,8	2,5	1,8	0,3	0,25
	2,2	3,0	2,2	0,35	0,3
	2,6	3,5	2,6	0,4	0,35
	3,0	4,0	3,0	0,45	0,4
	3,4	4,5	3,4	0,5	0,45
а	-	0,0002	0,00025	0,0002	0,000025	0,000025
b	-	1,0	1,5	1,0	0,2	0,15
Примечания 1 Значения для величин ГСОП, отличающихся от табличных, следует определять по формуле , где ГСОП – градусо-сутки отопительного периода,0С⋅сут./год, для конкретного пункта; а, b – коэффициенты, значения которых следует принимать по данным таблицы для соответствующих групп зданий, за исключением графы 6, для группы зданий в поз. 1, где для интервала до 60000С⋅сут/год: а = 0,000075, b = 0,15; для интервала 6000-80000С⋅сут/год: а = 0,00005, b = 0,3; для интервала 8000 0С⋅сут/год и более: а = 0,000025; b = 0,5. 2 Нормируемое значение приведенного сопротивления теплопередаче глухой части балконных дверей должно быть не менее чем в 1,5 раза выше нормируемого значения приведенного сопротивления теплопередаче светопрозрачной части этих конструкций. 3* Для зданий с избытками явной теплоты более 23 Вт/м3, нормируемые значения приведенного сопротивления теплопередаче, должны определяться для каждого конкретного здания.

Введение новых теплотехнических нормативов [12] существенно повысило требования к сопротивлению теплопередаче ограждающих конструкций зданий. По сравнению с более ранним документом – СНиПом П-3-79* «Строительная теплотехника» – нормируемые значения сопротивления теплопередаче увеличены в 2,5 – 3 раза. Для достижения требуемых величин (R_req) и обеспечения выполнения поэлементных требований существенно следует увеличить толщину ограждения, либо использовать материалы с малыми коэффициентами теплопроводности.

Использование ограждающих конструкций только из кирпича или бетона с высокой плотностью нецелесообразно, так как это требует очень большой толщины стены. Применяя в качестве утеплителей теплоизоляционные строительные материалы можно добиться необходимых теплозащитных свойств при толщине стены 0,5 – 0,7 м. Чтобы существенно уменьшить толщину стены и обеспечить при этом ее высокое сопротивление теплопередаче, следует использовать эффективные теплоизоляционные материалы с малыми коэффициентами теплопроводности (пенополистирол, минераловатные плиты и др.), а сами ограждения выполнять многослойными, с учетом как конструктивных, так и теплотехнических требований (рисунок 4.9 а).

 

Рисунок 4.9 – Бесчердачное (совмещенное) покрытие:

а) не вентилируемое; б) вентилируемое

 

 

Одним из приемов, повышающих теплоизоляционные качества ограждений,

является устройство воздушной прослойки. Ее используют в конструкциях наружных стен (навесные фасадные системы НФС), перекрытий, окон, витражей. В стенах и перекрытиях воздушная прослойка применяется и для предупреждения переувлажнения конструкций. Воздушная прослойка может быть герметичной или вентилируемой (рисунок 4.9б, 4.10). Внутри воздушной прослойки протекают с различной интенсивностью процессы тепломассообмена (рис.4.11) Методика теплофизического расчета НФС приведена в [12, приложение Л].

Схема конструкции Схема в разрезе

Рисунок 4.10 – Конструкция вентилируемого фасада

1 – несущая стена; 2 – теплоизоляция; 3 – вентилируемая воздушная прослойка; 4 – подоблицовочная конструкция; 5 – наружная облицовка.

 

 

Рисунок 4.11 – Передача теплоты через воздушную прослойку:

1 – путем конвекции; 2 – путем излучения; 3 – путем теплопроводности

 

Существенное влияние на формирование микроклимата помещений оказывают светопрозрачные ограждающие конструкции.

Основные потери теплоты зимой и теплопоступления летом происходят именно через окна и фонари вследствие их небольшого сопротивления теплопередаче, поэтому добиться комфортных тепловых условий в помещении при их значительных размерах достаточно сложно и требует значительных расходов энергии на отопление зданий зимой и на их охлаждение летом.

Приведенное сопротивление теплопередаче светопрозрачных конструкций (окон, витражей балконных дверей, фонарей) принимается по результатам испытаний в аккредитованной лаборатории; при отсутствии таких данных оно оценивается по методике, изложенной в [12, приложение К].

Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций с вентилируемыми воздушными прослойками следует рассчитывать в соответствии с [12, приложение Л ].

 

Санитарно-гигиенические требования

Температура внутренней поверхности ограждающей конструкции (за исключением вертикальных светопрозрачных конструкций), в зоне теплопроводных включений, в углах и оконных откосах, а также зенитных фонарей должна быть не ниже точки росы внутреннего воздуха при расчетной температуре наружного воздуха - t_н, °С, принимаемой в соответствии с пояснениями к формуле (4.39).

Минимальная температура внутренней поверхности остекления вертикальных светопрозрачных конструкций, т.е. с углом наклона к горизонту 45° и более (кроме производственных зданий) должна быть не ниже 3°С, для производственных зданий - не ниже 0°С. Минимальная температура внутренней поверхности непрозрачных элементов вертикальных светопрозрачных конструкций не должна быть ниже точки росы внутреннего воздуха помещения, при расчетной температуре наружного воздуха t_н, °С, принимаемой в соответствии с пояснениями к формуле (4.39).

Температура внутренней поверхности ограждающей конструкции должна определяться по результатам расчета температурных полей всех зон с теплотехнической неоднородностью или по результатам испытаний в климатической камере в аккредитованной лаборатории.

Относительную влажность внутреннего воздуха для определения точки росы следует принимать:

– для помещений жилых зданий, больничных учреждений, диспансеров, амбулаторно-поликлинических учреждений, родильных домов, домов-интернатов для престарелых и инвалидов, общеобразовательных детских школ, детских садов, яслей, яслей-садов (комбинатов) и детских домов – 55%;

– для кухонь – 60%;

– для ванных комнат – 65%;

– для теплых подвалов и подполий с коммуникациями – 75%;

– для теплых чердаков жилых зданий – 55%;

– для других помещений общественных зданий (за исключением вышеуказанных) – 50%.

Приведенное сопротивление теплопередаче светопрозрачных конструкций гораздо выше при использовании трехслойного или четырехслойного остекления, закрепляемого в переплетах из малотеплопроводных материалов. Использование селективного покрытия с внутренней стороны, отражающего лучистое тепло помещения обратно, и заполнение межстекольного пространства теплоизоляционным газом (аргоном) существенно повышают теплозащиту окон.

Кроме показателя тепловой защиты зданий «а» – по приведенному сопротивлению теплопередаче, для окон следует провести проверку по санитарно-гигиеническому показателю «б».

Температура внутренней поверхности остекления окон жилых и общественных зданий t_si должна быть не ниже + 3°С, для производственных зданий – не ниже 0°С. Если это условие не выполняется, то следует выбрать другое конструктивное решение заполнения окон с целью обеспечения выполнения этого требования.

В случаях реконструкции зданий, для которых по архитектурным или историческим причинам невозможно утепление стен снаружи, нормируемое значение сопротивления теплопередаче стен допускается определять по формуле

, (4.41)

где ⍺_в – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м^2⋅0С), принимаемый по таблице 4. 5;

– нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха t_в и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции τ_в, °С, принимаемый по таблице 4.6;

t_в – то же, что в формуле (4.38);

t_н - расчетная температура наружного воздуха в холодный период года, °С, принимаемая равной средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по [11].

Нормируемое значение сопротивления теплопередаче входных дверей и ворот , м²⋅⁰С/Вт, должно быть не менее 0,6 стен зданий, определяемого по формуле (4.39).

Если температура воздуха двух соседних помещений отличается больше, чем на 8°С, то минимально допустимое приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций, разделяющих эти помещения (кроме светопрозрачных), следует определять по формуле (4.39), принимая за величину t_н расчётную температуру воздуха в более холодном помещении.

Расчетную температуру воздуха в теплом чердаке, техническом подполье, остекленной лоджии или балконе при проектировании допускается принимать на основе расчета теплового баланса.

Таблица 4.5 - Коэффициенты теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции

Внутренняя поверхность ограждения	Коэффициент теплоотдачи ⍺в, Вт/(м2⋅0С),
1. Стен, полов, гладких потолков, потолков с выступающими ребрами при отношении высоты h ребер к расстоянию а, между гранями соседних ребер	8,7
2. Потолков с выступающими ребрами при отношении	7,6
3. Окон	8,0
4. Зенитных фонарей	9,9
Примечание. Коэффициент теплоотдачи ⍺в внутренней поверхности ограждающих конструкций животноводческих и птицеводческих зданий следует принимать в соответствии с СП 106.13330.

 

Таблица 4.6 - Нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции

Здания и помещения	Нормируемый температурный перепад ∆tн, °С, для
наружных стен	покрытий и чердачных перекрытий	перекрытий над проездами, подвалами и подпольями	зенитных фонарей
1. Жилые, лечебно-профилактические и детские учреждения, школы, интернаты	4,0	3,0	2,0
2. Общественные, кроме указанных в поз. 1, административные и бытовые, за исключением помещений с влажным или мокрым режимом	4,5	4,0	2,5
3. Производственные с сухим и нормальным режимами	, но не более 7	, но не более 6	2,5
4. Производственные и другие помещения с влажным или мокрым режимом			2,5	не нормируется
5. Производственные здания со значительными избытками явной теплоты (более ) и расчетной относительной влажностью внутреннего воздуха не более 50%			2,5
Обозначения: tв - то же, что в формуле (4.38); tр - температура точки росы, °С, при расчетной температуре tв и относительной влажности внутреннего воздуха, принимаемым согласно СанПиН 2.1.2.2645, ГОСТ 12.1.005иСанПиН 2.2.4.548, СП 60.13330 и нормам проектирования соответствующих зданий. Примечание - Для зданий картофеле - и овощехранилищ нормируемый температурный перепад ∆tн для наружных стен, покрытий и чердачных перекрытий следует принимать по СП 109.13330.

 

Для помещений зданий с влажным или мокрым режимом, а также для производственных зданий со значительными избытками теплоты и расчетной относительной влажностью внутреннего воздуха не более 50% нормируемое значение сопротивления теплопередаче определяется по формуле (4.41)