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, параллельнымиосновному 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 FI, FII,…, FN – площади отдельных участков конструкции (или ее части);
RI, RII, …, RN – термические сопротивления этих участков, рассчитываемые
по формулам (4.8) и (4.10);
N – число рассматриваемых участков.
б) конструкция условно разделяется плоскостями перпендикулярнымипотоку 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 λср
, (4.36)
где λ1, λ2,…, λn – коэффициенты теплопроводности материалов в
неоднородном слое;
F1, F2,…, Fn – 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
Rr = ( 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
mp – коэффициент, учитывающий особенности региона строительства, принимается равным 1. Допускается снижение значения коэффициента mp в случае, если расчетная удельная характеристика расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию меньше нормируемого значения. Значения коэффициента mp при этом должны быть не менее: mp = 0,63 – для стен, mp = 0,95 – для светопрозрачных конструкций, mp = 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 tот, zот – 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;
tв – расчетная температура внутреннего воздуха здания, °С, принимаемая при расчете ограждающих конструкций групп зданий указанных втаблице4.4: 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 (Rreq ) 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 - tн , °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 tн, °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 tsi 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/(м2⋅0С), принимаемый по таблице 4.5;
– нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха tв и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции τв , °С, принимаемый потаблице 4.6;
tв – то же, что в формуле (4.38);
tн - 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 tн 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 поформуле (4.41)