Расчет термических сопротивлений и требуемой толщины утепляющего слоя

Внутренняя среда характеризуется температурой t_в, а наружная – t_н , причем, как правило, t_в > t_{н .} Температурная линия показывает, что падение температуры происходит не только в толще самой стены, но и у ее поверхности, в связи с чем температура внутренней поверхности стены обозначается как t_в, а температура наружной поверхности – t_н. Так как падение температуры при прохождении теплового потока вызывается термическими сопротивлениями, то из температурной кривой видно, что сопротивление теплопередаче ограждения состоит из трех отдельных сопротивлений:

1) из сопротивления при переходе тепла от внутреннего воздуха к внутренней поверхности ограждения. Это сопротивление называется сопротивлением теплопередачи внутренней поверхности R_в и вызывает температурный перепад t_в - t_в;

2) сопротивления при прохождении тепла через толщу самого ограждения. Это сопротивление называется термическим сопротивлением ограждения R_к и вызывает температурный перепад t_в - t_н;

3) сопротивления при переходе тепла от наружной поверхности к наружному воздуху. Это сопротивление называется сопротивлением теплопередачи наружной поверхности R_н и вызывает температурный перепад t_н - t_н;

Таким образом, сопротивление теплопередаче ограждения может быть выражено как сумма этих сопротивлений

R_о= R_в+ R_к+ R_н. (1)

Согласно требованиям СНиП [1] к эксплуатации допускаются ограждающие конструкции, приведенное сопротивление теплопередаче которых R_о соответствует заданию на проектирование, но не менее требуемых значений , определяемых исходя из санитарно–гигиенических и комфортных условий по формуле (2) и условий энергосбережения по табл. 1. Определение величины следует также обосновывать специальными экономическими расчетами, в которых учитываются затраты на устройство системы теплоснабжения и отопление здания.

Требуемое сопротивление теплопередаче (м²×^оС/Вт), ограждающих конструкций (за исключением светопрозрачных), отвечающих санитарно–гигиеническим и комфортным условиям, определяют по формуле:

, (2)

где n - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху по табл. 3 СНиП [1];

t_в - расчетная температура внутреннего воздуха, ^оC, принимаемая согласно ГОСТ 12.1.005–88 и нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений, а также по прил. 1;

t_н - расчетная зимняя температура наружного воздуха, ^оC, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,95 по СНиП [4];

Dt_н – нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемых по табл.2 СНиП [1];

a_в - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаемый по табл.4 СНиП [1].

Требуемое сопротивление теплопередаче (м²×^оС/Вт), ограждающих конструкций, отвечающих условиям энергосбережения, определяют следующим образом:

· вычисляют значение величины градусо–суток отопительного периода (ГСОП):

ГСОП = (t_в – t_от.пер)ּz_от.пер, ^оС×сут, (3)

где t_в – то же, что в формуле (2);

t_от.пер, z_от.пер – средняя температура, ^оС, и продолжительность, сут., периода со средней суточной температурой ниже или равной +8^оС по СНиП [4];

· по табл.1 настоящих методических указаний (с учетом примечания) определяют величину :

Таблица 1

Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций

Здания и помещения	Градусо–сутки отопительного периода, оС·сут.	Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций не менее , м2·оС/Вт
стен	покрытий и перекрытий над проездами	Перекрытий чердачных, над холодными подпольями и подвалами	окон и балконных дверей	фонарей
Жилые, лечебно–профилактические и детские учреждения, школы, интернаты		2,1 2,8 3,5 4,2 4,9 5,6	3,2 4,2 5,2 6,2 7,2 8,2	2,8 3,7 4,6 5,5 6,4 7,3	0,30 0,45 0,60 0,70 0,75 0,80	0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55
Общественные, кроме указанных выше, административные и бытовые, за исключением помещений с влажным или мокрым режимом		1,6 2,4 3,0 3,6 4,2 4,8	2,4 3,2 4,0 4,8 5,6 6,4	2,0 2,7 3,4 4,1 4,8 5,5	0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80	0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55
Производственные с сухим и нормальным режимом		1,4 1,8 2,2 2,6 3,0 3,4	2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5	1,4 1,8 2,2 2,6 3,0 3,4	0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50	0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45
П р и м е ч а н и я. 1. Промежуточные значения Rотр следует определять интерполяцией. 2. Нормы сопротивления теплопередаче светопрозрачных ограждающих конструкций для помещений производственных зданий с влажным или мокрым режимами, с избытками явного тепла от 23 Вт/м3, а также для помещений общественных, административных и бытовых зданий с влажным и мокрым режимами следует принимать как для помещений с сухим и нормальным режимами производственных зданий. 3. Приведенное сопротивление теплопередаче глухой части балконных дверей должно быть не менее чем в 1,5 раза выше сопротивления теплопередаче светопрозрачной части этих изделий. 4. В отдельных обоснованных случаях, связанных с конкретными конструктивными решениями заполнения оконных и других проемов, допускается применять конструкции окон, балконных дверей и фонарей с приведенным сопротивлением теплопередаче на 5% ниже устанавливаемого в таблице.

Сопротивление теплопередаче R_о (м²·^оС/Вт), ограждающей конструкции следует определять по формуле

, (4)

где a_в – то же, что в формуле (2);

a_н – коэфициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м²×^оС), принимаемый по табл. 6 СНиП [1];

R_к – термическое сопротивление ограждающей конструкции.

Термическое сопротивление R_к , м²×^оС/Вт, ограждающей конструкции с последовательно расположенными однородными слоями следует определять как сумму термических сопротивлений отдельных слоев

R_к= R₁+ R₂+…+ R_n+ R_в.п , (5)

где R₁, R₂,…, R_n – термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, м²×^оС/Вт, определяемые по формуле (6);

R_в.п.– термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки, принимаемое по прил. 4 СНиП [1].

Термическое сопротивление однородного слоя определяется по формуле

, (6)

где d – толщина слоя, м;

l – расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м×^оС), принимаемый по прил. 3 СНиП [1].

Решением уравнения (4) при R_о= находят минимально допустимую толщину слоя.

Пример теплотехнического расчета наружной стены здания (по зимним условиям эксплуатации)

Исходные данные:

а) место строительства – г. Кострома (нормальная зона влажности);

б) назначение здания – жилое (t_в=18 ^оС, j_в=55%);

в) высота здания – 10 м;

г) вид ограждения – наружная стена;

д) расчетные параметры сред приведены в табл. 2.

Таблица 2

Расчетные параметры среды

внутренняя среда	наружная среда
tв , оС	Eв , Па	jв , %	ев , Па	aв , Вт/(м2×оС)	Dtн , оС	t5н , оС	zот.пер. , сут.	tот.пер. , оС	jн , %	aн, Вт/(м2×оС)
+18				8,7	4,0	–31		–4,5

Рис.1. Конструктивная схема ограждения

По таблице и карте зон влажности, приведенным в СНиП [1], находим, что значение l и S материалов ограждения следует принимать для условий эксплуатации «Б», (табл. 3).

Таблица 3

Теплотехнические показатели материала проектируемого ограждения

№ слоев	Наименование материала слоев	gо, кг/м3	w, %	d, м	l, Вт/(м×оС)	s, Вт/(м2×оС)	m, мг/(м×ч×Па)
Б	Б	Б
	Железобетон			0,07	2,04	18,95	0,03
	Пенополистирол				0,052	0,82	0,05
	Бетон на щебне из природного камня			0,05	1,86	17,88	0,03

а) Определим требуемое сопротивление теплопередаче, исходя из санитарно–гигиенических и комфортных условий, по формуле (2):

м²×^оС/Вт.

б) Определим требуемое сопротивление теплопередаче, исходя из условий энергосбережения.

Вычислим градусо–сутки отопительного периода:

ГСОП = (t_в – t_от.пер) z_от.пер. = (18 – (–4,5))· 224 = 5040 ^оС×сут,

где t_от.пер= –4,5 ^оС – средняя температура периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной +8 ^оС по СНиП [4];

z_от.пер= 224 сут. – продолжительность периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной +8 ^оС по СНиП [4].

При ГСОП = 5040 ^оС×сут. определим интерполяцией по табл. 1 б [1]:

м²·^оС/Вт.

Для дальнейших расчетов принимаем приведенное сопротивление теплопередаче стены, равное наибольшему из вычисленных значений

= 3,164 м²×^оС/Вт.

в) Определим термическое сопротивление R_к (м²×^оС/Вт) наружной стены с тремя последовательно расположенными однородными слоями по формуле (5), подставив в нее термические сопротивления отдельных слоев:

м²×^оС/Вт;

Приравнивая общее сопротивление теплопередаче стены к требуемому :

,

определим искомую толщину утеплителя

Таким образом, минимально допустимая толщина утеплителя (пенополистирола) d_2ут = 0,153 м. Принимаем, с округлением в большую сторону, d_2ут = 0,16 м, тогда общая толщина ограждения

d = d₁ + d_2ут + d₃ = 0,07 + 0,16 + 0,05 = 0,28 м.

С учетом общее сопротивление тепло-передаче проектируемой стены

R_о = 0,115 + 0,034 +3,077 + 0,027 + 0,043 = 3,296 м²×^оС/Вт.