Как найти сопротивление теплопередаче стены

Нормами установлены три показателя тепловой защиты здания:

а) приведенное сопротивление теплопередаче отдельных элементов ограждающих конструкций здания;

б) санитарно-гигиенический, включающий температурный перепад между температурами внутреннего воздуха и на поверхности ограждающих конструкций и температуру на внутренней поверхности выше температуры точки росы;

в) удельный расход тепловой энергии на отопление здания, позволяющий варьировать величинами теплозащитных свойств различных видов ограждающих конструкций зданий с учетом объемно-планировочных решений здания и выбора систем поддержания микроклимата для достижения нормируемого значения этого показателя.

Требования тепловой защиты здания будут выполнены, если в жилых и общественных зданиях будут соблюдены требования показателей “а” и “б” либо “б” и “в”. В зданиях производственного назначения необходимо соблюдать требования показателей “а” и “б”.

Если в результате расчета удельный расход тепловой энергии на отопление здания окажется меньше нормируемого значения, то допускается уменьшение сопротивления теплопередаче     отдельных элементов ограждающих конструкций здания (светопрозрачных согласно примечанию 4 к таблице 4) по сравнению с нормируемым по таблице 4, но не ниже минимальных величин , определяемых по формуле (3.16) для стен групп зданий, указанных в поз.1 и 2 таблицы 4, и по формуле (3.17) – для остальных ограждающих конструкций:

   (3.16)

   (3.17)

Нормируемые значения сопротивлений теплопередаче для стен жилых и общественных зданий Rreq устанавливается в зависимости от градусо-суток отопительного периода (далее по тексту, – ГСОП) по следующей зависимости:

 (3.18)

где a, b – коэффициенты, численные значения которых приведены в таблице 4 СНиП 23-02-2003:

Здания и помещения, коэффициенты a и b.	Стен	Покрытий и перекрытий над проездами	Перекрытий чердачных, над неотапливаемыми подпольями и подвалами	Окон и балконных дверей, витрин и витражей	Фонарей с вертикальным остеклением
1	3	4	5	6	7
1 Жилые, лечебно-профилактические и детские учреждения, школы, интернаты, гостиницы и общежития
a b	0,00035	0,0005	0,00045	–	0,000025
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 режимом
a b	0,0003	0,0004	0,00035	0,00005	0,000025
1,2	1,6	1,3	0,2	0,25
3 Производственные с сухим и нормальным режимами
a b	0,0002	0,00025	0,0002	0,000025	0,000025
1	1,5	1	0,2	0,15
Примечания Dd – градусо-сутки отопительного периода, °С·сут, для конкретного пункта;

  Градусо-сутки отопительного периода Dd, °С·сут, определяют по формуле:  где  – расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С, принимаемая для расчета ограждающих конструкций:

•  для группы зданий по поз.1 таблицы 4 – по минимальным значениям оптимальной температуры соответствующих зданий по ГОСТ 30494 (в интервале 20-22 °С),
• 
  для группы зданий по поз.2 таблицы 4 – согласно классификации помещений и минимальных значений оптимальной температуры по ГОСТ 30494 (в интервале 16-21 °С)
•  для группы зданий по поз.3 таблицы 4 – по нормам проектирования соответствующих зданий;

,  – средняя температура наружного воздуха, °С, и продолжительность, сут, отопительного периода, принимаемые по СНиП 23-01 для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более 10 °С – при проектировании лечебно-профилактических, детских учреждений и домов-интернатов для престарелых, и не более 8 °С – в остальных случаях.

Наименование городов	Продолжительность отопительного периода	Средняя температура наружного воздуха на отопительный период	Градусо-сутки отопительного периода( ГСОП)	Поэлементный подход	Комплексный подход
Требуемое по ГСОП	Минимально допустимое
Кировская область
Вятка	231	-5,4	5867,4	3,46	2,18
Нагорное	239	-5,8	6166,2	3,56	2,25
Савали	220	-5,7	5654	3,38	2,13
Ленинградская область
Свирица	228	-2,9	5221,2	3,23	2,04
Тихвин	227	-2,8	5175,6	3,22	2,03
Санкт-Петербург	220	-1,8	4796	3,08	1,95
Московская область
Дмитров	216	-3,1	4989,6	3,15	1,99
Кашира	212	-3,4	4960,8	3,14	1,98
Москва	214	-3,1	4943,4	3,14	1,98
Республика Дагестан
Дербент	138	3,7	2249,4	2,19	1,38
Махачкала	148	2,7	2560,4	2,3	1,45
Краснодарский край
Краснодар	149	2	2682	2,34	1,48
Сочи	72	6,4	979,2	1,75	1,11
Тихорецк	158	1,1	2986,2	2,45	1,55
Ростовская область
Миллерово	184	-2,1	4066,4	2,83	1,79
Ростов-на-дону	171	-0,6	3522,6	2,64	1,67
Тагонрог	167	-0,4	3406,8	2,6	1,64
Республика Северная Осетия
Владикавказ	174	0,4	3410,4	2,6	1,64
Cтавропольский край
Арзгир	163	0,1	3243,7	2,54	1,61
Ставрополь	168	0,9	3208,8	2,53	1,6
Чеченская республика
Грозный	160	0,9	3056	2,47	1,56

Пример. Требуется определить нормируемое значение сопротивления теплопередаче R^req0 (при поэлементном подходе), R^reqmin (при комплексном подходе) стен жилого здания, проектируемого в г. Краснодар.

Исходные данные:

• 
  расчетная средняя температура внутреннего воздуха в жилых помещениях здания  t_int=20 °С (по табл. 1 ГОСТ 30494);

• 
  средняя за отопительный период температура наружного воздуха для г. Краснодар t_ht= 2°С (по табл. 1* СНиП 23-0l);

• 
  продолжительность отопит. периода  z_ht=149 сут (по табл. 1* СНиП23-01).

Определение нормируемого сопротивления теплопередаче стен: Градусо-сутки отопительного периода (ГСОП):

Dd = (t_int– t_ht)*z_ht
= (20 – (2)) • 149 = 2682 (^oC • сут).

Нормируемое сопротивление теплопередаче стен жилого здания: R^req
= a*D + b = 0,00035• 2682 +1,4 = 2,346 (м2 • ^oC/Вт).

Нормируемое минимально допустимое значение сопротивления теплопередаче стен жилого здания Rmq_n: R_min=0,63*R^req =0,63*2,34=1,48(м2 • ^oC/Вт)

Методика расчета приведенного сопротивления теплопередаче наружных стен зданий из газобетонных блоков

Для производственных зданий с избытками явной теплоты более 23 Вт/м и зданий, предназначенных для сезонной эксплуатации (осенью или весной), а также зданий с расчетной температурой внутреннего воздуха 12 °С и ниже приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций (за исключением светопрозрачных) R^req, м ·°С/Вт, следует принимать не менее значений, определяемых по формуле

  

В наружных стенах, где применяются газобетонные блоки, приведенное сопротивление теплопередаче R0[м2°С/Вт] определяется по формуле:

Термическое сопротивление однородного слоя определяется по формуле^

 

• δ – толщина стены (слоя) [m]
• λ – расчетный коэффициент теплопроводности материала, из которого выполнен рассматриваемый слой [Вт/м°С].

Расчетный коэффициент теплопроводности λ зависит от марки блоков по плотности (D), равновесной влажности стены и вида кладочного раствора. Численные значения коэффициентов теплопроводности λ для изделий из автоклавного газобетона ГСУЛ приведены в таблице 1.1.

Расчетные теплотехнические показатели ячеистых бетонов автоклавного твердения (по ГОСТ 31359):

№ п.п.	Материал	Характеристика материала в сухом состоянии	Расчетные коэффициtнты (при условиях эксплуатации)
Плотность,ρ кг/м	Удельная теплоемкость, с0, кДж/кг*0С	Коэфф. теплопроводности , λ0, Вт/м*0С	Массового отношения влаги в материале, ω %	Теплопроводности, λ, Вт/м*0С	Теплоусвоения s, ( при периоде 24 ч), Вт/м2*0С	Паропроницаемости,µ, мг/м**ч*Па
А Б	А	Б	А	Б	АБ
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1	Ячеистый бетон автоклавного твердения	600	0,84	0,14	4	5	0,16	0,183	2,66	2,9	0,16
2	-//-	500	0,84	0,12	4	5	0,14	0,147	2,28	2,37	0,2
3	-//-	450	0,84	0,108	4	5	0,13	0,132	2,05	2,13	0,21
4	-//-	400	0,84	0,096	4	5	0,11	0,117	1,82	1,89	0,23
5	-//-	350	0,84	0,084	4	5	0,1	0,103	1,63	1,66	0,25
6	-//-	300	0,84	0,072	4	5	0,08	0,088	1,39	1,42	0,26

Примечание:

1) расчетные значения коэффициента теплоусвоения s (при периоде 24 ч) материала в конструкции вычислены по формуле:

2)Характеристики материалов в сухом состоянии приведены при массовом отношении влагив материале ω, %, равном 0.

Растворные швы кладки влияют на теплотехническую однородность стен из газобетонных блоков, а следовательно и на расчетные значения сопротивлений теплопередаче. Чем толще швы кладки и чем выше их коэффициент теплопроводности, тем более значительно это влияние. Рассмотрим влияние растворных швов кладки на параметры теплотехнической однородности стен из газобетонных блоков.

Для расчета примем регулярный повторяющийся фрагмент кладки стен из газобетонных блоков (рис.3.5). Толщина рассматриваемого фрагмента – 375 мм. Размеры блоков в кладке: длина – 625 мм, ширина – 375 мм, высота – 250 мм. Марка блоков по плотности – D500, коэффициент теплопроводности для условий эксплуатации Б, – λБ=0.132 Вт/ м °С (согласно данным табл. А.1 ГОСТ 31359). Для упрощения расчетов в представленном ниже примере и для клея и для раствора примем цементно-песчаный плотностью 1800 кг/м3 (коэффициент теплопроводности, – λБ=0.93 Вт/м°С).

Рассмотрим следующие варианты кладки стен:

• на клею со средней толщиной горизонтальных и вертикальных швов кладки 2 мм (рис. 3.5а);

• на растворе со средней толщиной горизонтальных и вертикальных швов кладки 10 мм (рис. 3.5 б).

Расчет термического сопротивления регулярного фрагмента стеновой конструкции произведем методом сложения проводимостей.

1. Кладка на клею (рис. 3.5а) 

Выделим регулярный фрагмент кладки А и разделим его на участки с различной проводимостью плоскостями, параллельными тепловому потоку. Получаем два однородных и одинаковых по толщине участка со следующими параметрами:

R_г.б.=δ_г.б./λ_г.б.=0,375/0,132=2,84 (м2*^оС/Вт),

А_г.б.=1,25*0,5=0,625 (м2);

R_р-р=δ_р-р./λ_р-р=0,375/0,93=0,40 (м2*^оС/Вт),

А_р-р=1,254*0,002*2+0,504*0,002*2=0,007 (м2).

Термическое сопротивление всего регулярного фрагмента определяем по формуле (10) СП 23-101: R_г=ΣА_i/Σ(А_i/ R_i)=(0,625+0,007)/(0,625/2,84+0,007/0,4)=2,66(м2*оС/Вт),

Соответственно, коэффициент теплотехнической однородности определяем по формуле: r=R^r/R_г.б.=2,66/2,98=0,89

Кладка на растворе (рис. 3.5б)

Произведем аналогичный расчет для регулярного фрагмента Б:

R_г.б.=δ_г.б./λ_г.б.=0,375/0,132=2,84 (м2*^оС/Вт);

А_г.б.=1,25*0,5=0,625 (м2);

R_р-р=δ_р-р./λ_р-р=0,375/0,93=0,40 (м2*^оС/Вт),

А_р-р=1,27*0,01*2+0,52*0,01*2=0,036 (м2).

Термическое сопротивление всего регулярного фрагмента: R^г=ΣА_i/Σ(А_i/ R_i)=(0,625+0,036)/(0,625/2,84+0,036/0,4)=2,13(м2*^оС/Вт),

Соответственно коэффициент теплотехнической однородности определяем по формуле: r=R^r/R_г.б.=2,13/2,98=0,71

В таблице приведены расчетные значения коэффициентов теплотехнической однородности r для некоторых типов кладки стен из полнотелых стеновых неармированных изделий из ячеистого бетона автоклавного твердения с размером изделия в кладке 625*250 мм:

Марка блоков по плотности	Толщина швов кладки	Коэффициент теплотехнической однородности кладки r при расчетном коэффициенте теплопроводности раствора λр.р [Вт/м °С1
0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1
D300	2 мм	0,99	0,97	0,96	0,95	0,94	0,93	0,92	0,91	0,9
10 мм	0,94	0,88	0,84	0,8	0,76	0,73	0,7	0,67	0,64
D400	2 мм	0,99	0,98	0,97	0,96	0,96	0,95	0,94	0,93	0,92
10 мм	0,96	0,92	0,88	0,85	0,82	0,79	0,76	0,73	0,71
D500	2 мм	0,99	0,99	0,98	0,97	0,97	0,96	0,95	0,94	0,94
10 мм	0,98	0,95	0,91	0,88	0,86	0,83	0,8	0,78	0,76
D600	2 мм	1	0,99	0,99	0,98	0,98		0,97	0,96	0,95	0,95
10 мм	0,99	0,97	0,94	0,91	0,89	0,87	0,84	0,82	0,8
D700	2 мм	1	1	0,99	0,98	0,98	0,97	0,97	0,96	0,96
10 мм	1	0,98	0,95	0,93	0,91	0,89	0,87	0,85	0,83
Примечание – значения коэффициента теплотехнической однородности r при промежуточных значениях толщины шва и коэффициента теплопроводности кладочного раствора допускается принимать по интерполяции или рассчитать по вышеизложенной методике.

Советы начинающему инженеру.

Продолжение статьи про коэффициенты теплопередачи ограждающих конструкций.

В предыдущей статье рассматривалось, где найти R ограждающих конструкций, если здание реконструируется или проектируется с учетом существующих норм.

Другое дело, когда заказчик просит посчитать теплопотери, например, в уже построенном здании.

Для этого необходимо знать толщины каждого слова, и наименование материала.

Наименование материала нужно для того чтобы найти теплопроводность

согласно приложения Т СП 50.13330.2012.

Теплотехнический расчет наружной стены

Сопротивление теплопередаче Ro, м2×°С/Вт, ограждающей конструкции следует определять по формуле,

Ro=1/ альфа внутр +Rк +1/ альфа наруж, по формуле Е.6 СП 50.13330.2012;

где альфа внутр. – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаемый по табл. 4 СП 50.13330.2012;

Rк – термическое сопротивление ограждающей конструкции, м2×°С/Вт,

определяемое: однородной (однослойной) – по формуле 9.5 СП 50.13330.2012,

Rк = R1 + R2 + … + Rn, многослойной по формуле 7.4 СП 50.13330.2012

альфа наруж – коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающей конструкции. Вт/(м °С), принимаемый по табл. 6 СП 50.13330.2012.

альфа внутр. = 8,7

альфа наруж.= 23

Пример 1

Рассчитать фактическое сопротивление теплопередачи наружной стены в жилых помещениях.

конструкция стен:

Кирпич толщ. 0.65 м, теплопроводность 0.58 Вт/м х°С

Пенополистирол толщ. 0.06 м, теплопроводность 0.05 Вт/м х°С

Штукатурка толщ. 0.02 м, теплопроводность 0.81 Вт/м х°С.

Rф = 1/8.7 + 0.65/0.58 + 0.06/0.05 + 0.02/0.81 + 1/23 = 2.52 м2 х °С /Вт

Коэффициент теплопередачи стены К=1/ Rф =1/2,52=0,3968 Вт/(м2 х °С)

Пример 2

Рассчитать фактическое сопротивление теплопередачи наружной стены в помещениях ванных комнат.

Конструкция стен:

Кирпич толщ. 0.74 м, теплопроводность 0.58 Вт/м х°С

Пенополистирол толщ. 0.06 м, теплопроводность 0.05 Вт/м х°С

Плиты минераловатные толщ. 0.05 м, теплопроводность 0.076 Вт/м х°С

Штукатурка толщ. 0.02 м, теплопроводность 0.81 Вт/м х°С

Rф. = 1/8.7 + 0.74/0.58 + 0.06/0.05 + 0.05/0.076 + 0.02/0.81 + 1/23 = 3.317 м2 х°С /Вт

Коэффициент теплопередачи стены К=1/ Rф. =1/3,317=0,3014 Вт/(м2 х С)

Пример 3

Рассчитать фактическое сопротивление теплопередачи наружной чердачного перекрытия.

Конструкция перекрытия:

Стяжка толщ. 0.015 м, теплопроводность 0.76 Вт/м х°С

Мин.плита «РУФ БАТТС» γ=175кг/м³ толщ. 0.15 м, теплопроводность 0.046 Вт/м х°С

Rф. = 1/8.7+0,015/0,76+0.15/0,046+1/12=3,48 м2 х °С /Вт

Коэффициент теплопередачи перекрытия К=1/ Rф. =1/3,48=0,287 Вт/(м2 х °С).

Что касаемо окон, то коэффициент теплопередач нужно запрашивать у производителей.

Рубрика основывается на вопросах, которые мне приходят, от подписчиков в интернет ресурсах.

А именно группа в ВК,

группа в ОК,

канал ютуба,

яндекс Дзен.

Ну, и также вы при желании можете поддержать канал копеечкой, перейдя по ссылке. http://www.donationalerts.ru/r/sozonov

Теплотехнический расчёт стены

Теплотехнический расчёт однородной наружной стены здания

Исходные данные

Назначение здания — административное.
Расчетная температурой наружного воздуха в холодный период года, text = -40 °С;
Расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, tint = +20 °С;
Средняя температура наружного воздуха отопительного периода, tht = -8 °С;
Продолжительность отопительного периода, zht = 241 сут.;
Нормальный влажностный режим помещения и условия эксплуатации ограждающих конструкций — А (сухой режим помещения в нормальной зоне влажности).
Коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху, n = 1;
Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции, αext = 23 Вт/(м²•°С);
Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, αint = 8.7 Вт/(м²•°С);
Состав наружной стены:

№ слоя	Слой	δ, мм	λ, Вт/(м °С)	γ, кг/м3
1	Кладка из кирпича керамического пустотного	120	0.64	1300
2	Минераловатный утеплитель	150	0.039	60
3	Кладка из кирпича керамического полнотелого	380	0.81	1600
4	Штукатурка ц.п.	20	0.91	1800

Определение требуемого сопротивления теплопередаче

Определим величину градусо-суток Dd в течение отопительного периода по формуле 1 [СП 23-101-2004]:

D_d = (t_int – t_ht) z_ht

где t_int — расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания [табл.1, СП 23-101-2004];
t_ht — средняя температура наружного воздуха отопительного периода [табл.1, СП 23-101-2004];
z_ht — продолжительность отопительного периода [табл.1, СП 23-101-2004].

D_d = (20–(-8))*241=6748 °С•сут

Определим требуемое значение сопротивления теплопередачи Rreq по табл. 3 [СП 50.13330.2012]

R_req = a D_d + b

где D_d — градусо-сутки отопительного периода;
а=0,0003 [табл.3, СП 50.13330.2012]
b=1,2 [табл.3, СП 50.13330.2012]

R_req = 0.0003*6748+1.2=3.2244 м²*°С/Вт,

Определение приведённого сопротивления теплопередаче стены

Согласно п.Е.2 СП 50.13330.2012 сопротивление теплопередачи многослойных ограждающих конструкций вычисляется по формуле:

где α_в — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м²*°С), принимаемый по табл. 4 СП 50.13330.2012;
α_н — коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкций для условий холодного периода, Вт/(м²*°С), принимаемый по таблице 6 СП 50.13330.2012;

R_s — термическое сопротивление слоя однородной части фрагмента (м²*°С)/Вт, определяемое по формуле:

δ_s — толщина слоя, м;
λ_s — расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м*°С), принимаемый согласно приложения Т СП 50.13330.2012.
y_s^уэ — коэффициент условий эксплуатации материала слоя, доли ед. При отсутствии данных принимается равным 1.

Расчетное значение сопротивления теплопередаче, R₀:

R₀ > R_req — Условие выполняется

Толщина конструкции, ∑t =675 мм;

Определение температурного перепада между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции

Значение выразим из формулы (5.4) СП 50.13330.2012

Температурный перепад:

Δt^н > Δt, 4.5 °C > 1.469 °C — условие выполняется.

Моделирование однородной стены в ЛИРА САПР. Решение стационарной задачи

Схема ограждающей конструкции:

Создаём задачу в 15-м признаке схемы. Рассмотрим участок стены, длиной 1 м

Шаг 1 геометрия

При создании КЭ-модели для расчёта задачи теплопроводности необязательно выполнять сгущение сетки КЭ для достижения более точного результата.

Шаг 2 Создание элементов конвекции

Моделируем стержни по наружной и внутренней граням стены. Стержням следует присвоить тип КЭ №1555. Они являются своего рода граничными условиями и, в то же время, воспринимают температуру воздуха.

Шаг 3 характеристики материалов

В окне задания типов жёсткости следует создать жёсткость: пластины Теплопроводность (пластины). В окне характеристик жёсткости вводятся параметры Н — толщина пластины, К — коэффициент теплопроводноти, С — коэффициент теплопоглощения, R0 — удельный вес.

При решении стационарной задачи, характеристики С и R0 допускается принимать равными 1.

Характеристики слоёв стены:
Кирпич облицовочный пустотелый Н=100 см, К=0.64 Дж/(м*с*°С);
Теплоизоляция Н=100 см, К=0.039 Дж/(м*с*°С);
Кирпич полнотелый Н=100 см, К=0.81 Дж/(м*с*°С);
Штукатурка ц.п. Н=100 см, К=0.76 Дж/(м*с*°С);

Для элементов конвекции, следует создать типы жёсткости Конвекция (двухузловые). Для таких элементов задаются коэффициенты конвекции внутреннего и внешнего слоя.

Коэффициент для внутренней поверхности ограждения — таблица 4, СП 50.13330.2012
Коэффициент для наружной поверхности ограждения — таблица 6, СП 50.13330.2012

Шаг 4 Внешняя нагрузка

Через внешнюю нагрузку задаётся температура воздуха для элементов конвекции. Для этого, в разделе нагрузки, нужно открыть Заданная t.

Просмотр результатов.

Температура на внутренней поверхности ограждающей конструкции составляет 18.531 °С (результат замера температуры в узле).

Определение сопротивления теплопередачи конструкции по результатам расчёта ЛИРА САПР

Сопротивление теплопередачи определяется по формуле (5.4) СП 50.13330.2012:

Теплотехнический расчёт наружной стены здания с учётом неоднородности

Исходные данные

Для расчёта принимается конструкция стены, рассмотренная в предыдущем примере. Неоднородностью будет выступать кладочная сетка, служащая для крепления облицовки к несущему слою кладки. Параметры сетки: d=3 мм, шаг стержней 50х50 мм.

Определение приведённого сопротивления теплопередаче с учётом неоднородностей

Приведённое сопротивление теплопередаче фрагмента теплозащитной оболочки здания R^пр₀, (м²*°C)/Вт, следует определять по формуле:

где R^усл₀ — осреднённое по площади условное сопротивление теплопередаче фрагмента теплозащитной оболочки здания либо выделенной ограждающей конструкции, (м²*°C)/Вт;
l_j — протяжённость линейной неоднородности j-го вида, приходящаяся на 1 м² фрагмента теплозащитной оболочки здания, или выделенной ограждающей конструкции, м/м²;
Ψ_I — удельные потери теплоты через линейную неоднородность j-го вида, Вт/(м*°С);
n_k — количество точечных неоднородностей k-го вида, приходящихся на 1 м² фрагмента теплозащитной оболочки здания, или выделенной ограждающей конструкции, шт./м²;
χ_k — удельные потери теплоты через точечную неоднородность k-го вида, Вт/°С;
a_i — площадь плоского элемента конструкции i-го вида, приходящаяся на 1 м² фрагмента теплозащитной оболочки здания, или выделенной ограждающей конструкции, м²/м²;

где A_i — площадь i-й части фрагмента, м²;
U_i — коэффициент теплопередачи i-й части фрагмента теплозащитной оболочки здания (удельные потери теплоты через плоский элемент i-го вида), Вт/(м²*°С);

Определение удельных потерь теплоты кладочной сетки

Кладочная сетка, через которую осуществляется связь между облицовкой и несущим слоем, является линейной неоднородностью. Удельные потери теплоты через линейную неоднородность, определяются по СП 230.1325800.2015, приложение Г.7 Теплозащитные элементы, образуемые различными видами связей в трёхслойных железобетонных панелях.

Удельное сечение металла на 1 м.п. в рассматриваемом примере составит S*(1000/50)=3.14159*d²/4*(1000/50)=1.41372 см²/м

Удельные потери теплоты будут определяться по интерполяции между значениями, найденными по таблицам Г.42 и Г.43 СП 230.1325800.2015

Таблица Г.42 — Удельные потери теплоты Ψ, Вт/(м*°С). Сетка с удельным сечением металла на 1 п.м 0,53 см²/м

dут, мм	λ0 = 0,2	λ0 = 0,6	λ0 = 1,8
50	0,005	0,008	0,011
80	0,005	0,007	0,009
100	0,004	0,007	0,008
150	0,004	0,005	0,006

Таблица Г.43 — Удельные потери теплоты Ψ, Вт/(м*°С). Сетка с удельным сечением металла на 1 п.м 2,1 см²/м

dут, мм	λ0 = 0,2	λ0 = 0,6	λ0 = 1,8
50	0,018	0,031	0,043
80	0,018	0,028	0,035
100	0,017	0,026	0,031
150	0,015	0,021	0,024

Обозначения в таблицах:
— толщина слоя утеплителя d_ут, мм;
— теплопроводность основания λ₀, Вт/(м*°С), для кирпичной кладки из полнотелого керамического кирпича принимается λ₀ = 0.56;
— удельное сечение металла на 1 м.п. сетки, см²/м.

Потери теплоты по таблице Г.42:

Потери теплоты по таблице Г.43:

Итоговое значение потерь теплоты:

Суммарная протяжённость линейных неоднородностей Σl_j = 2 м.

Подставив полученные значения в формулу (Е.1), получим:

Моделирование неоднородной стены в ЛИРА САПР. Решение стационарной задачи

Для построения модели неоднородной стены, принимается модель, созданная на предыдущем этапе. Теплопроводные включения моделируются как стержневые элементы теплопроводности, которые пересекают три слоя стены: кладка, теплоизоляция, облицовка. Стержни расположены с шагом 40 см по высоте. Теплопроводность арматурной стали 58 м²*°С/Вт.

Просмотр результатов

Температура на внутренней поверхности ограждающей конструкции составляет 18.087 °С. (среднее значение температуры на внутренней поверхности стены).

Определение сопротивления теплопередачи конструкции по результатам расчёта ЛИРА САПР

Сопротивление теплопередачи определяется по формуле (5.4) СП 50.13330.2012:

Сравнение результатов расчёта

Сравнение будем выполнять в табличной форме:

Параметр	Результаты ручного расчёта	Результаты ЛИРА-САПР	Погрешность
Расчётное сопротивление теплопередаче однородной стены (м2*°С)/Вт	4.694	4.695	-0.021304%
Расчётное сопротивление теплопередаче стены с теплопроводными включениями (м2*°С)/Вт	3.58627	3.605	0.5222696562%

Мы уже ознакомились в статье “Материал стен. Как выбрать.” с различными материалами для возведения стен, в данной статье мы поговорим о теплотехническом расчете для определения параметров стены.

После того, как мы определились с материалом стены, возникает вопрос – Какой же толщины сделать стену, чтобы в доме зимой было тепло, а летом прохладно? Для этого нам понадобится выполнить теплотехнический расчет стены. Расчет выполняется по нормативной документации.

Необходимые для расчета нормативные документы:

• СНиП 23-02-2003 (СП 50.13330.2012). “Тепловая защита зданий”. Актуализированная редакция от 2012 года.
• СНиП 23-01-99* (СП 131.13330.2012). “Строительная климатология”. Актуализированная редакция от 2012 года.
• СП 23-101-2004. “Проектирование тепловой защиты зданий”.
• ГОСТ 30494-2011 “Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях”.

Исходные данные для расчета:

1. Определяем климатическую зону, в которой мы собираемся построить дом. Открываем СНиП 23-01-99*.”Строительная климатология”, находим таблицу 1. В данной таблице находим свой город (или максимально близко расположенный от места строительства город), например, для строительства в деревне, расположенной возле г. Муром, мы возьмем показатели г. Мурома! из столбца 5 – “Температура воздуха наиболее холодной пятидневки, с обеспеченностью 0,92” – “-30°С”;
2. Определяем продолжительность отопительного периода –  открываем таблицу 1 в СНиП 23-01-99* и в столбце 11 (со средней суточной температурой наружного воздуха 8°С) продолжительность равна zht = 214 сут;
3. Определяем среднюю температуру наружного воздуха за отопительный период, для этого из той же таблицы 1 СНИП 23-01-99* выбираем в столбце 12 значение – tht = -4,0°С .
4. Оптимальную температуру внутри помещения принимаем по таблице 1 в ГОСТ 30494-96 – tint= 20°С;

    Затем, нам необходимо определиться с конструктивом самой стены. Поскольку раньше строили дома из одного материала (кирпич, камень и т.п.) – стены были очень толстые и массивные. Но, с развитием технологий, у людей появились новые материалы, обладающие очень хорошими показателями теплопроводности, что позволило значительно сократить толщину стен из основного (несущего материала) добавлением теплоизолирующего слоя, таким образом появились многослойные стены.

    Основных слоев в многослойной стене минимум три:

• 1 слой – несущая стена – её назначение передавать нагрузку от вышележащих конструкций на фундамент;
• 2 слой – теплоизоляция – её назначение максимально задерживать тепло внутри дома;
• 3 слой – декоративный и защитный – её назначение делать красивым фасад дома и одновременно защищать слой утеплителя от воздействия внешней среды (дождь, снег, ветер и т.п.);

Рассмотрим для нашего примера следующий состав стены:

• 1 слой – несущую стену мы принимаем газобетонных блоков толщиной 400мм (принимаем конструктивно – с учетом того, что на неё будут опираться балки перекрытия);
• 2 слой – выполняем из минераловатной плиты, её толщину мы и определим теплотехническим расчетом!
• 3 слой – принимаем облицовочный силикатный кирпич, толщина слоя 120 мм;
• 4 слой – поскольку изнутри наша стена будет покрыта слоем штукатурки из цементно-песчаного раствора, тоже включим её в расчет и назначим её толщину 20мм;

Теплотехнический расчет.

Приступаем непосредственно к теплотехническому расчету, а именно – нам необходимо подобрать толщину 2-го слоя (утеплителя) исходя из условий места строительства.
В первую очередь – определяем норму тепловой защиты из условий соблюдения санитарных норм.
Согласно формулы 3 из СНиП 23-02-2003 “Тепловая защита зданий” рассчитывается нормативное (или другими словами максимально допустимое) сопротивление теплопередачи, формула выгладит так:

где:
n = 1 – коэффициент, принятый по таблице 6, из СНиП 23-02-2003 “Тепловая защита зданий” для наружной стены (впрочем, в последнем актуализированном СП данный коэффициент упразднили!);

tint = 20°С – оптимальная температура в помещении, из исходных данных;

text = -30°С – температура наиболее холодной пятидневки, значение из исходных данных;

Δtn = 4°С – данный показатель принимается по таблице 5, из СНиП 23-02-2003 “Тепловая защита зданий” он нормирует температурный перепад между температурой воздуха внутри помещения и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции (стены);

αint = 8,7 Вт/(м2×°С) – коэффициент теплопередачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимается по таблице 7 из СНиП 23-02-2003 “Тепловая защита зданий” для наружных стен.

Выполняем расчет:

получили сопротивление теплопередачи из санитарных норм Rreq = 1.437 м2*℃/Вт;

Во вторую очередь, определяем сопротивление теплопередачи из условий энергосбережения.

Определяем градусо-сутки отопительного периода, для этого воспользуемся формулой, согласно пункта 5.3 в СНиП 23-02-2003″Тепловая защита зданий”:

Dd = (tint – tht)zht = (20 + 4,0)*214 = 5136°С×сут

Примечание: градусо-сутки ещё имеют сокращенное обозначение – ГСОП.

Далее, согласно СНиП 23-02-2003 “Тепловая защита зданий” в зависимости от градусо-суток района строительства, рассчитываем нормативное значение приведенного сопротивления теплопередаче по формуле:

Rreq= a*Dd + b = 0,00035 × 5136 + 1,4 = 3,1976м2×°С/Вт,

где: Dd – градусо-сутки отопительного периода в г. Муром,

a и b – коэффициенты, принимаемые по таблице 4, столбец 3, СНиП 23-02-2003 “Тепловая защита зданий” для стен жилого здания.
таким образом, мы получили второе значение сопротивления теплопередачи исходя из энергоэффективности Rreq = 3,198 м2*℃/Вт;

Для дальнейшего расчета стены, мы принимаем наибольшее значение из двух рассчитанных нами показателей Rreq (1,437 и 3,198), и обозначим его как Rтреб = 3,198 м2*℃/Вт;

Определение толщины утеплителя

Для каждого слоя нашей многослойной стены необходимо рассчитать термическое сопротивление по формуле:

где:
δi- толщина слоя, мм;
λi – расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя Вт/(м × °С).

Рассчитываем термическое сопротивление для каждого слоя
1 слой (газобетонные блоки): R1 = 0,4/0,29 = 0,116 м2×°С/Вт.
3 слой (облицовочный силикатный кирпич): R3 = 0,12/0,87 = 0,104 м2×°С/Вт.
4 слой (штукатурка): R4 = 0,02/0,87 = 0,023 м2×°С/Вт.

Определение минимально допустимого (требуемого) термического сопротивления теплоизоляционного материала:

где:

Rint = 1/αint = 1/8,7 – сопротивление теплообмену на внутренней поверхности;

Rext = 1/αext = 1/23 – сопротивление теплообмену на наружной поверхности,

αext принимается по таблице 14 [5] для наружных стен;

ΣRi = 0,116 + 0,104 + 0,023 – сумма термических сопротивлений всех слоев стены без слоя утеплителя, определенных с учетом коэффициентов теплопроводности материалов, принятых по графе А или Б (столбцы 8 и 9 таблицы Д1 СП 23-101-2004) в соответствии с влажностными условиями эксплуатации стены, м2·°С/Вт

Толщина утеплителя равна:

где: λут – коэффициент теплопроводности материала утеплителя, Вт/(м·°С).

Определение термического сопротивления стены из условия, что общая толщина утеплителя будет 250 мм:

где: ΣRт,i – сумма термических сопротивлений всех слоев ограждения, в том числе и слоя утеплителя, принятой конструктивной толщины, м2·°С/Вт.

Из полученного результата можно сделать вывод, что

R0 = 3,343м2×°С/Вт > Rтр0 = 3,198м2×°С/Вт → следовательно, толщина утеплителя подобрана правильно.

Вот мы и выполнили теплотехнический расчет стены и нам известны толщины всех слоёв, входящих в её состав. Для того, чтобы долго не разбираться с нормативной документацией и самому считать на калькуляторе все эти сложные формулы, можно воспользоваться калькулятором “Теплотехнический расчет стены”, где Вам достаточно просто выбрать исходные данные, а сам расчет произведется автоматически.

Исходные данные

1.
Ограждающая конструкция – наружная
стена из многослойных железобетонных
панелей с утеплителем из мягких
минераловатных плит (ρ
= 100 кг/м³)
толщиной 
= 0,08 м,
общая толщина панели _п
= 0,30 м

2.
Здание – жилое.

3.
Пункт строительства – Великий Новгород.

Порядок расчета

Расчетная
температура внутреннего воздуха t_int
= 20^оС
, табл. 1, относительная влажность 
= 55%, табл. 1.

Следовательно,
влажностный режим помещения – нормальный,
табл.3.

Рис. 4. Разрез
ограждающей конструкции

₁
= 0,12 м;
₂
= 0,08 м;
₃
= 0,10 м;

Великий
Новгород находится в строительно-климатической
зоне II
В [2], и во II
зоне по влажности (нормальной), прил. 2.

При
нормальном влажностном режиме помещения
в нормальной зоне по влажности – условия
эксплуатации “Б”, прил. 3.

t_int
= 20 ^оС табл.
1

n
= 1 табл. 5

t_n
= 4 ^оС табл.
4

_i
= 8,7табл.
6

_e
= 23

табл.
7

S₁
= S
= 16,95
прил.
5

S₂
= 0,73

₁
= ₃
= 2,04

₂
= 0,07

1.
Зимнюю температуру наружного воздуха
t_e
принимаем в соответствии с п. 1.1. Для
указанного пункта строительства (Великий
Новгород) она равна t_e
= -27^оС,
[2].

2.
Требуемое сопротивление теплопередаче
определяем по формуле (3):

R₀
^req
= 1[20 – ( – 27)]
/ 4,0 
8,7 = 1,35 м^2
оС/Вт

3.
Термическое сопротивление отдельных
слоев конструкции определяем по формуле
(4):

R₁
= ₁
/ ₁
= 0,12 / 2,04 = 0,059 = 0,06

R₁
= ₂
/ ₂
= 0,08 / 0,07 = 1,143 = 1,14

R₃
= ₃
/ ₃
= 0,049 = 0,05

4.
Термическое сопротивление ограждающей
конструкции R_к
рассчитываем по формуле (5), учитывая п.
1.2.:

R_k
= 0,06 + 1,14 + 0,05 = 1,25 м²^оС/Вт

5.
Сопротивление теплопередаче R_о
многослойной панели определяем по
формуле (8):

R_о
= 1/8,7 + 1,25 + 1/23 = 1,41 м²^оС/Вт

Первое
условие – R_о

R₀
^req
– выполняется:

1,41
м²^оС/Вт

1,35 м²^оС/Вт

6.
Подсчитываем градусо-сутки отопительного
периода (D_d)
по формуле (9):

для
Великого Новгорода t_от.пер
= -2,3
^оС

z_от.пер
= 221 сут.

D_d
= [20-(-2,3)]221 = 4928,3 гр.
сут.

7.
Проверяем условие энергосбережения,
по табл. 6

R_o^req
= 3,12 м²^оС/Вт

Сопротивление
теплопередаче R_o
меньше
нормируемого значения.

R₀
= 1,41 м²^оС/Вт

R_o^req
= 3,12 м²^оС/Вт

–
условие не выполняется.

Таким
образом, наружная ограждающая конструкция
с толщиной утеплителя 0,08 м
не отвечает
предъявленным требованиям, и поэтому
не может применяться для рассматриваемого
варианта.

8.
Рассчитаем толщину ограждающей
конструкции, которая соответствовала
бы требуемым условиям, изменяя толщину
утеплителя.

R^req
= 1/_в
+ R₁
+ _ут/_ут
+ R₃
+ 1/_е

Отсюда

_ут
= (R₀
^req

– R₁
– R₃
– 1/_i
– 1/_е)

_ут
=

=
(3,12 – 0,06 – 0,05 – 0,11 – 0,04) 
0,07 = 0,20 м

Вывод:
Предлагаемая ограждающая конструкция
может быть применена для рассматриваемого
варианта в Великом Новгороде при толщине
утеплителя не менее 0,20 м.

Пример 2 Расчет сопротивления теплопередаче неоднородной ограждающей конструкции

Исходные данные

1.
Ограждающая конструкция – наружная
стена из асбестоцементных панелей (ρ
= 1800 кг/м³)
с утеплителем из пенополиуретана (ρ
= 60 кг/м³)
толщиной 0,06 м,
общая толщина панели _п
= 0,08 м,
высота 0,6 м,
длина 6 м;
с учетом горизонтального стыка из
пенополистерола (ρ
= 150 кг/м³).

2.
Здание производственное.

3.
Пункт строительства – г. Великий
Новгород.

Порядок
расчета

Расчетная
температура внутреннего воздуха t_int
= 18 ^оС,
относительная влажность 
= 55%. Следовательно, влажностный режим
помещения нормальный (табл. 3).

При
условиях эксплуатации “Б” (см.
пример 1):

t_int
= 18 ^оС

n
= 1

t_n
= 8 ^оС

_i
= 8,7

_e
= 23

_асб
= 0,52
прил.
5

_утепл
= 0,041

_{пенополистер}
= 0,06

S_асб
= 8,12

S_утепл
= 0,55

S_{пенополистер}
= 0,99

1.
Панель условно разрезается плоскостями:

а)
параллельными направлению теплового
потока на участки I–XIV

(см.
рис. 5);

б)
перпендикулярными направлению теплового
потока на слои 1-5

(см.
рис. 5).

Рис.
5. Расчетная схема панели

2.
Рассчитываем термическое сопротивление
(R)
согласно пункта 1.4

а)
участков I-XIV:

–
однородных участков по формуле 4;

R_I
= R_III
= R_VII
= R_IX
= R_XI
= R_XIII
=

–
неоднородных участков по формуле 5:

R_II
= R_IV
= R_VI
= R_X
= R_XII
= R_XIV
=

R_VIII
=

Определяем
суммарную площадь этих участков с учетом
длины панели

6
м:

А_I
+ А_III
+ А_V
+ А_VII
+ А_IX
+ А_XI
+
А_XIII
= 0,01 
6 
7 = 0,42 м²

А_II
+ А_IV
+ А_VI
+ А_X
+ А_XII
+ А_XIV
=
0,084 
6 
6 = 3,024
м²

А_VIII
= 0,026 
6 = 0,156 м²

Тогда
термическое сопротивление R_аТ
всех участков I-XIV
согласно формуле 6 будет равно

R_аТ
=

б)
Рассчитаем термическое сопротивление:

–
для однородных слоев 1 и 5 по формуле 3:

R₁
= R₅
=

–
для неоднородных слоев 2, 3, 4 по формуле
6:

Тогда
термическое сопротивление R_б
всех слоев 1-5 согласно формуле 5 будет
равно:

R_Т
= R₁
+ R₂
+ R₃
+ R₄
+ R₅
= 0, 019 
2 + 0,085 
2 + 0,406 = 0,614

3.
Сравниваем величины R_аТ
и R_Т.

4.
Поскольку величина R_аТ
= 0,727
превышает величину

R_Т
= 0,614
не
более чем на 25 %, то приведенное термическое
сопротивление определяется по формуле
7:

5.
Рассчитаем сопротивление теплопередаче
данной ограждающей конструкции:

R_о
=

6.
Подсчитываем градусо-сутки отопительного
периода (D_d)
для Великого Новгорода по формуле 9:

D_d
= [18-(-2,3)] 221 = 4486,3 гр.сут.

7.
Проверяем условие энергосбережения по
табл. 8:

Сопротивление
теплопередаче панели ниже нормируемого
значения

R_о
= 0,81

1,90

Таким
образом, предлагаемая наружная ограждающая
конструкция не отвечает предъявляемым
современным требованиям и поэтому не
может быть применима в Великом Новгороде.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #