Теплотехнические характеристики ограждающих конструкций

Надежность и эффективность работы санитарно-технических систем и, в частности, систем отопления во многом зависит от теплотехнических характеристик ограждающих конструкций отапливаемых зданий, которые нормируются СНиП 23-02-2003. К ним относят сопротивление конструкции прохождению через нее тепла (сопротивление теплопередаче и термическое сопротивление), массивность, тепловую инерцию и теплоустойчивость конструкций.

В строительной теплотехнике при расчете толщины ограждающих конструкций и определении тепловых потерь зданий используют величину R₀ (м²∙°С/Вт), обратную коэффициенту теплопередачи К. Эту величину называют сопротивлением теплопередаче ограждающей конструкции. Она характеризует тепловой напор (разность температур) между внутренним и наружным воздухом, при котором 1 м² ограждающей конструкции толщиной δ и теплопроводностью λ пропускает тепловой поток мощностью 1 Вт.

Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции (термическое сопротивление) равно

(8)

Термические сопротивления отдельных слоев ограждающих конструкций R₁, R₂...Rn (в м²∙ °С/Вт) в общем виде определяют по формуле

(9)

где δ — толщина отдельного слоя, м;

К — коэффициент теплопроводности материала слоя Вт/(м∙°С).

Чем больше термосопротивление ограждения, тем меньше тепловые потери и выше температура на внутренней поверхности ограждения. При этом уменьшается вероятность конденсации водяных паров, содержащихся в атмосфере помещения, на поверхности ограждения.

При установившемся тепловом потоке справедливо равенство Q_B = Q.

Требуемое сопротивление теплопередаче (м²∙°С/Вт) ограждающей конструкции, при котором конденсация водяных паров не возникает:

(10)

где t_В и t_H — расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха;

b — коэффициент, зависящий от качества и объемной массы тепловой изоляции (при теплоизоляции из материалов с объемной массой менее 400кг/м³; b = 1,1; при теплоизоляции, подверженной уплотнению, независимо от ее объемной массы, b = 1,2);

n — температурный коэффициент.

Значения коэффициента n для различных ограждений приведены ниже:

Наружные стены и покрытия, перекрытия чердачные и над проездами; перекрытия над холодными подпольям
Перекрытия над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом; перекрытия чердачные (с кровлей из рулонных материалов)	0,9
Перекрытия над неотапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах	0,6

Величина Δt^H = t_B – t₁ нормируется по СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» (табл. 5.116)

Таблица 5.116

Нормируемый температурный перепад Δt^H, ⁰С

Здания и помещения	Для наружных стен	Для покрытий и чердачных перекрытий
Производственные здания с сухим (влажность внутреннего воздуха до 50 %) и нормальным (влажность свыше 50 до 60 %) режимами	tB – tР но не более 7	0,8 (tB – tР), но не более 6
Производственные здания, а также помещения общественных зданий и вспомогательных зданий промышленных предприятий с влажным (влажность свыше 60 до 75 %) или мокрым (влажность свыше 75 %) режимами	tB – tР	0,8 (tB – tР)

Примечание. t_B – температура внутреннего воздуха, ⁰С; t_Р – температура точки росы внутреннего воздуха, ⁰С.

Для определения температуры точки росы t_Р необходимо найти действительную упругость (парциальное давление) воздушных паров е_В (Па) в помещении, соответствующую температуре t_В и относительной влажности φ_В:

где Е — максимальная упругость водяного пара в воздухе помещениях при температуре, Па;

φ_В — относительная влажность воздуха помещения при температуре t_В, %

О массивности ограждающих конструкций судят по характеристике их тепловой инерции D. При D ≤ 4 ограждающие конструкции считаются «лёгкими»; при 4 ≤ D ≤ 7 – «средней массивности», при D > 7 – «массивными»

Характеристику тепловой инерции определяют по формуле

где S₁ S₂...S_n — коэффициенты теплоусвоения материала отдельных слоев ограждающей конструкции, Вт/(м²∙°С) (см. СНиП 23-02-2003, табл.5.117).

Таблица 5.117

Теплотехническая характеристика некоторых строительных материалов

Ограждение	Массивность ограждения	К, Вт/(м2∙°С)	R, м2∙°С/Вт
Стена:
из обыкновенного кирпича с внутренней штукатуркой (на тяжелом растворе):
1,5 кирпича (400 мм)	средняя	1,54	0,65
2 -//- (530 мм)	-//-	1,23	0,81
2,5 -//- (660 мм)	массивная	1,04	0,96
3 -//- (790 мм)	-//-	0,88	1,14
однослойная из керамзитабетона толщиной 200 мм	лёгкая	1,12	0,9
Покрытие железобетонное бесчердачное из двухпустотного сборного настила толщиной 140 мм с утеплителем (пенобетон толщиной 160 мм)	-//-	0,76	1,32

От массивности зависит расчетная температура наружного воздуха холодного периода года и теплоустойчивость конструкций.

Для «массивных» ограждений t_H принимают равной средней температуре самой холодной пятидневки; для «легких» — средней температуре между температурами самой холодной пятидневки и наиболее холодных суток; для ограждения «средней массивности» — средней из указанных выше двух температур.

Теплоустойчивость представляет собой свойство ограждающих конструкций «гасить» колебание температур наружного воздуха. Чем больше тепловая инерция D тем меньше амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности конструкции.

Требуемую толщину теплоизоляционного слоя (утеплителя) δ _из (в м) определяют по формуле

(12)

где λ _из — коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/(м∙°С);

- требуемое минимальное допустимое сопротивление теплопередаче конструкции, м²∙°С/Вт;

R_В и R_H — сопротивления теплопередаче внутренней и наружной поверхностей конструкции, м²∙°С/Вт (СНиП 23-02-2003);

∑R ₁, - сумма термических (тепловых) сопротивлений всех слоев конструкции, за исключением определяемого теплоизоляционного слоя, м²∙°С/Вт.