Теплотехнический расчёт наружных ограждающих конструкций зданий

Комплекс мероприятий, обеспечивающих надлежащую тепловую защиту зданий и сооружений, относятся:
оптимальное объемно-планировочное решение зданий и сооружений при минимальной площади наружных ограждающих конструкций;
применение рациональных наружных ограждающих конструкций с использованием в них эффективных теплоизоляционных материалов;
применение современных методов расчета тепловой защиты зданий и сооружений, базирующихся на условиях энергосбережения.

Нормативная литература
СП 131.13330.2012 Строительная климатология
СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий
СП 23-101-2004 Проектирование тепловой защиты
ГОСТ 30494-16. "Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях"

В связи с особенностями конструктивных решений наружную стену можно представить как состоящую из следующих типов элементов:
- плоских элементов – кладка +утеплитель+отделочный слой;
- линейных (откосы) – перемычка (ригель) +утеплитель+отделочный слой;
- точечные элементы – связи между слоями (дюбель, арматура, анкерные элементы).
Теплопотери через линейные и точечные элементы можно определить только по результатам расчета температурного поля с применением специальной компьютерной программы.

Порядок расчета
Выполняется в соответствии с п. 5.2 [ 2 ].
Исходные данные:
1.1. параметры наружного воздуха
tн - температура холодной пятидневки;
tот – температура отопительного периода;
zот – продолжительность отопительного периода;
влажностный режим района строительства
1.2. параметры внутреннего воздуха
tв – температура внутреннего воздуха;
φв – влажность внутреннего воздуха;
влажностный режим помещения

1.3. условия эксплуатации ограждающих конструкций
1.4. αв , αн коэф. теплоотдачи внутренней и наружной поверхности о.к.
Определяем нормируемое сопротивление теплопередаче
Rо норм = Rо тр тр;
Определяем приведенное сопротивление теплопередаче Rопр с учетом коэффициента теплотехнической однородности (для наружных стен с утеплителем принимаемый r = 0,7)
Rопр = Rоусл r;

Расчет ведется из условия равенства Rопр = Rо норм, следовательно Rоусл = Rо норм / r;
Определяем нормируемые теплотехнические показатели материалов ограждающей конструкции;
Определяем термическое сопротивление без учета утеплителя;
Определяем термическое сопротивление утеплителя;
Определяем толщину утеплителя;
Принимаем толщину утеплителя кратно номинальным размерам в большую сторону.
Проводим проверку с учетом принятой толщины утеплителя
Rопр = 1/αв + Rs + 1/αн;
Проводим проверку санитарно-гигиенических требований по п.5.7[2].

Теплотехнический расчет наружной кирпичной стены
слоистой конструкции
А. Исходные данные
Место строительства – г. Пермь.
Зона влажности – нормальная [Приложение 2].
Продолжительность отопительного периода zот = 229 суток [Приложение 1].
Средняя расчетная температура отопительного периода tот = –5,9 ºС [Приложение 1].
Температура холодной пятидневки tнар = –35 ºС [1].
Расчет произведен для пятиэтажного жилого дома:
температура внутреннего воздуха tвн = + 21ºС [табл.2,стр 8];

влажность воздуха: = 55 %[табл2,стр 8];
влажностный режим помещения – нормальный[табл14,стр 30].
Условия эксплуатации ограждающих конструкций – Б [табл. 13,стр 30].
Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения ав = 8,7 Вт/м2 °С [табл.8стр 16,2].
Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения aн = 23 Вт/м2·°С [табл 9 стр 17,2].

Рис.3 Расчётная схема
Необходимые данные о конструктивных слоях стены для теплотехнического расчёта сведены в таблицу.

Б. Порядок расчета
Определение градусо-суток отопительного периода по формуле (2) [2]:
ГСОП= (tвн– tот)·zот = (21–(–5,9))·229 = 6160,1.
Нормируемое значение сопротивления теплопередаче наружных стен по формуле (1) СНиП 23-02–2003 [2]:
Rтро = aГСОПd + b =0,00035·6160,1 + 1,4 =3,56 м2·°С/Вт.

Приведенное сопротивление теплопередаче R0r наружных кирпичных стен с эффективным утеплителем жилых зданий рассчитывается по формуле
Rопр = Rоусл r;
где R0усл – сопротивление теплопередаче кирпичных стен, условно определяемое по формулам (9) и (11) без учета теплопроводных включений, м2·°С/Вт;
R0пр - приведенное сопротивление теплопередаче с учетом коэффициента теплотехнической однородности r, равен 0,74.

Расчёт ведётся из условия равенства
Rопр = Rо норм, следовательно Rоусл = Rо норм / r;
следовательно,
R0усл = 3,56/0,74 = 4,81 м2·°С /Вт
R0усл = Rв + Rk + Rн ,
отсюда
= 4,81- (1/8,7 + 1/23) = 4,652 м2·°С /Вт

Термическое сопротивление наружной кирпичной стены слоистой конструкции может быть представлено как сумма термических сопротивлений отдельных слоев, т.е.
Определяем термическое сопротивление утеплителя:
= 4,652 – ( 0,019 + 0,731 + 0,207 ) = 3,695 м2·°С/Вт.

Находим толщину утеплителя:
δут=λ·Rут=0,052·3,695 = 0,192 м.
Принимаем толщину утеплителя 200 мм.
Окончательная толщина стены будет равна
δст =(380+200+120) = 700 мм.

Производим проверку с учетом принятой толщины утеплителя:
R0пр = 0,74 ( 1/8,7 + 0,019 + 0,731 + 0,2/0,052 + 0,207 + 1/23 ) = 3,67 м2·°С/Вт.
Условие R0пр = 3,67 > = 3,56 м2·°С/Вт выполняется.

КОНСТРУКЦИИ СТЕН:
наружное утепление: система тонкослойная штукатурка aн = 23 Вт/м2·°С
1 – несущая стена
2 – теплоизоляция минвата или пенопласт
3 – первичный клеевой слой
4 – фасадный дюбель
5 – армирующая сетка
6 – слой штукатурки
7 – декоративная штукатурка

КОНСТРУКЦИИ СТЕН:
Наружное утепление: система вентилируемый фасад aн
= 10,8 Вт/м2·°С

Конструкции стен:
утепление внутри кладки

Теплотехнический расчет чердачного перекрытия
А. Исходные данные
Место строительства – г. Пермь.
Климатический район – I B [1].
Зона влажности – нормальная [1].
Продолжительность отопительного периода zht = 229 сут [1].
Средняя расчетная температура отопительного периода tht = –5,9 ºС [1].
Температура холодной пятидневки text = –35 ºС [1].
Расчет произведен для пятиэтажного жилого дома:
температура внутреннего воздуха tint = + 21ºС [2];
влажность воздуха = 55 %;

влажностный режим помещения – нормальный.
Условия эксплуатации ограждающих конструкций – Б.
Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения аint = 8,7 Вт/м2·°С [2].
Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения аext = 12 Вт/м2·°С [2].

Расчётная схема

Чердачное перекрытие состоит из конструктивных слоев, приведенных в таблице.

Б. Порядок расчета
Определение градусо-суток отопительного периода по формуле (2) СНиП 23-02–2003 [2]:
Dd = (tint – tht)·zht = (21 + 5,9)·229 = 6160,1 ºС·сут.
Нормируемое значение сопротивления теплопередаче чердачного перекрытия по формуле (1) СНиП 23-02–2003 [2]:
Rreq = aDd + b = 0,00045·6160,1 + 1,9 = 4,67 м2·°С/Вт.

Теплотехнический расчет ведется из условия равенства общего термического сопротивления R0 нормируемому Rreq, т.е.
R0 = Rreq.
По формуле (7) СП 23-100–2004 определяем термическое сопротивление ограждающей конструкции Rк
= 4,67 – (1/8,7 + 1/12) = 4,67 – 0,197 = 4,473 м2·°С/Вт.

Термическое сопротивление ограждающей конструкции (чердачного перекрытия) может быть представлено как сумма термических сопротивлений отдельных слоев, т.е.
где Rж.б – термическое сопротивление железобетонной плиты перекрытия, величина которого согласно [9] составляет 0,142 м2·°С/Вт для условий эксплуатации «Б» и 0,147 м2·°С/Вт - условий эксплуатации «А».
Rп.и – термическое сопротивление слоя пароизоляции;
Rут – термическое сопротивление утепляющего слоя.

= 4,473 – (0,142 + 0,005/0,17) = 4,302 м2·°С/Вт.
Используя формулу (6) СП 23-101–2004, определяем толщину утепляющего слоя
= 4,302·0,065 = 0,280 м.

Принимаем толщину утепляющего слоя равной 300 мм, тогда фактическое сопротивление теплопередаче составит
= 1/8,7 + (0,142 + 0,005/0,17 + 0,300/0,065) + 1/12 = 4,98 м2·°С/Вт.
Условие = 4,98 м2·°С/Вт > Rreq = 4,67 м2·°С/Вт выполняется.

СОСТАВЫ МАНСАРД
с теплоизоляцией между стропильными ногами

Скатные крыши с теплоизоляцией, уложенной над стропилами

Кровельное покрытие
Обрешетка
Гидро- и ветрозащитная мембрана ISOVER HB
Теплоизоляция ISOVER Скатная Кровля
Стропила
Пароизоляция ISOVER VARIO KM Duplex UV или ISOVER VS 80
Внутренняя отделка (гипсокартон (например, GYPROC), вагонка, фанера)

Кровля с гибкой черепицей

Гибкая черепица SHINGLAS
Самоклеющийся подкладочный ковер Барьер ОС
Мембрана супердиффузионная ТехноНИКОЛЬ
Тепло-, звукоизоляция ТЕХНОЛАЙТ
Пароизоляционная пленка ТехноНИКОЛЬ
Деревянный настил (ОСП-3; ФСФ)
Разреженная обрешетка
Контрбрус для создания вентканалов
Стропильная нога
Шаговая обрешетка под утеплитель
Подшивка мансарды