Расчет приведенного сопротивления теплопередаче стены с учетом линейных и точечных неоднородностей

Расчет приведенного сопротивления теплопередачи ограждения основан на представлении этой конструкциив виде набора независимых элементов (например, стена и связи), каждый из которых влияет на тепловые потери через фрагмент. Удельные потери теплоты, обусловленные каждым элементом, находятся на основе сравнения потока теплоты через узел, содержащий элемент, и через тот же узел, но без исследуемого элемента. В соответствии с последними нормативными документами этот метод должен применяться к расчету всех наружных ограждающих конструкций. Но особенно он актуален в применении к наружным стенам.

Так как современные наружные стены зданий являются слоистыми конструкциями, между слоями имеются связи, которые можно в расчете представлять в виде штыря определенного диаметра, выполненного, как правило, из металла с большой теплопроводностью. Расстановка этих точечных связей по площади наружной стены может быть равномерной и неравномерной. Рассматриваемый метод состоит в учете дополнительных теплопотерь через одну связь определенного диаметра и материала и умножении этой добавки на число таких связей.

Примером линейной неоднородности является узел примыкания окна к стене, в котором одномерное температурное поле меняется на трехмерное. Протяженность каждого оконного откоса (периметр окна) считается достаточно длинной, чтобы не учитывать углы откосов. Тогда температурное поле откоса можно считать двухмерным (сечение поперек откоса). Определение дополнительных теплопотерь через поперечное сечение откоса на длине 1 м является промежуточной целью расчета. Результат получается умножением полученных дополнительных теплопотерь на длину всех откосов данной конструкции всех окон во фрагменте наружной стены.

Последовательность расчета такова:

1. Выделяют ограждающую конструкцию или ее фрагмент. Определяют его площадь. Перечисляют, из каких плоских элементов он состоит. Какие линейные теплотехнические неоднородности в этом фрагменте. Какие точечные теплотехнические неоднородности в этом фрагменте.

2. Определяют абсолютные размеры (геометрические характеристики) теплотехнических неоднородностей.

3. Определяют относительные геометрические характеристики.

4. Находят удельные потоки теплоты, обусловленные элементом:

Y_j – удельные потери теплоты через линейную неоднородность j-ого вида, Вт/(м^оС), полученные расчетом двухмерного температурного поля, например, методом конечных разностей в прямоугольных координатах. При инженерном расчете принимается по СП 230.1325800.2015 [4] (таблица 11);

χ_k – удельные потери теплоты через точечную неоднородность k-го вида, Вт/^оС, полученные расчетом трехмерного температурного поля, например, методом конечных разностей в цилиндрических координатах. При упрощенном расчете принимается по СП 230.1325800.2015 [4] (таблица 11).

5. С учетом требования равенства или превосходства значения приведенного сопротивления теплопередаче расчетной ограждающей конструкции над требуемым:

(4)

по формуле (5) рассчитываем толщину утепляющего слоя:

(5)

где –требуемое сопротивление теплопередаче фрагмента теплозащитной оболочки здания либо выделенной ограждающей конструкции, м^2оС/Вт;

l_j – протяженность линейной неоднородности j-го вида, приходящаяся на 1 м²фрагмента теплозащитной оболочки здания, или выделенной ограждающей конструкции, м/м²;

Y_j – то же, что в предыдущем пункте;

n_k – количество точечных неоднородностей k-го вида, приходящихся на 1 м²фрагмента теплозащитной оболочки здания, или выделенной ограждающей конструкции, шт/м²;

χ_k – то же, что в предыдущем пункте;

a_в - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м²·°С), по таблице 4 [2] (таблица 7);

Таблица 11

Приближенные значения удельных потерь теплоты через точечные и линейные неоднородности

Узел	Детали	Удельныепотери теплоты
Кронштейны вентфасада	Из коррозионностойкой стали, площадь сечения <250 мм2	χ =0,02 Вт/оС
Из коррозионностойкой стали, площадь сечения ≥250мм2 Из стали площадь сечения <250 мм2	χ =0,04Вт/оС
Из стали площадь сечения ≥250 мм2, но <600 мм2 Из алюминия площадь сечения <250 мм2	χ =0,06 Вт/оС
Из стали площадь сечения ≥ 600 мм2 Из алюминия площадь сечения ≥ 250 мм2, но <600 мм2	χ =0,09 Вт/оС
Дюбели со сталь-ным сердечнком	Диаметром <8 мм	χ =0,006 Вт/оС
Откосы	Вентилируемый и штукатурный фасады утеплитель внахлест на раму	Y=0,1 Вт/(моС)
Вентилируемый и штукатурный фасады утеплитель вровень с основанием	Y=0,18 Вт/(моС)
Вентилируемый и штукатурный фасады утеплитель не закрывает полностью основание	Y=0,4 Вт/(моС)
Однослойная стена – кладка из штучных материалов, тановка оконного блока в четверть	Y=0,11 Вт/(моС)
Панель установка оконного блока в утеплитель	Y=0,08 Вт/(моС)
Стык многослойной стены с плитой перекрытия или балконом (для стен с облицовкой из кирпичной кладки)	Перекрытие перфорированное	Y=0,3 Вт/(моС)
Перекрытие не перфорированное	Y=0,8 Вт/(моС)
Стыки в трехслойных ж/б панелях	Нет разрыва утеплителя панелей в местах их сопряжения	Y=0,15 Вт/(моС)
Утеплитель разорван в местах их сопряжения панелей	Y=0,3 Вт/(моС)
Гибкие связи в трехслойных ж/б панелях (на каждую единицу арматуры)	Связи из коррозионностойкой стали	χ =0,015Вт/оС
Связи из стали диаметром <10 мм	χ =0,025Вт/оС
Связи из стали диаметром ≥ 10 мм	χ =0,04 Вт/оС
Стык перекрытия с парапетом и вентиляционными, лифтовыми, лестничными и др. шахтами.	Парапет и шахты утеплены	Y=0,1Вт/(моС)

a_н - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м²·°С), по таблице 6 [2] (таблица 12).

δ₁, δ₂, ... – толщины всех слоев в ограждающей конструкции, кроме слоя утеплителя, м;

λ₁, λ₂, ... – теплопроводности всех слоев в ограждающей конструкции, кроме слоя утеплителя, Вт/(м^.оС), определяемые принимаемая по результатам испытаний в аккредитованной лаборатории; при отсутствиитакихданных расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м^.оС) в зависимости от тепловлажностных условий эксплуатации ограждающей конструкции А или Б, принимается по [2] (таблица 10).

Таблица 12

Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции в холодный период года [2]

№ п.п.№ п.п.	Наружная поверхность ограждения	Коэффициент теплоотдачи αн, Вт/(м2.оС)
	Наружных стен, покрытий, перекрытий над проездами и над холодными подвалами (без ограждающих стенок) подпольями в Северной строительно-климатической зоне
	Перекрытий над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом; перекрытий над холодными (с ограждающими стенками) подпольями и холодными этажами в Северной строительно-климатической зоне
	Перекрытий чердачных и над неотапливаемыми подвалами со световыми проемами в стенах
	Перекрытий над неотапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенных выше уровня земли, и над неотапливаемыми техническими подпольями, расположенными ниже уровня земли
	На поверхности конструкций, обращенной в сторону вентилируемой наружным воздухом прослойки	10,8

6. По формуле (6) рассчитывают приведенное сопротивление теплопередаче , м^{2 о}С/Вт, ограждающей конструкции или ее фрагмента:

(6)

где:U_i - коэффициент теплопередачи однородной i-той части ограждающей конструкции или ее фрагмента (удельные потери теплоты через плоский элемент i– го вида), Вт/(м^{2 о}С).

(7)

l_j,n_k, χ_k, ψ_{j ,}α_в, α_н– то же, что в формуле (5);

a_i – площадь плоского элемента конструкции i– го вида, приходящаяся на 1 м²фрагмента теплозащитной оболочки здания, или выделенной ограждающей конструкции, м²/м²:

(8)

A_i – площадь i-той части фрагмента, м²;

-условное сопротивление теплопередаче однородной части ограждающей конструкции или ее фрагмента i-го вида, м^2оС/Вт, которое определяется либо экспериментально либо расчетом по формуле:

(9)

R_Т - термическое сопротивление слоя однородной части фрагмента, (м²×°С)/Вт; определяемое для невентилируемых воздушных прослоек по таблице Е1 приложения Е [2] (таблица 13); для материальных слоев по формуле:

(10)

здесь δ_s,λ_s – то же, что в формуле (5).

Определяется коэффициент теплотехнической однородности, r, вспомогательная величина, характеризующая эффективность утепления конструкции, по формуле:

(11)

Коэффициент теплопередачи стены, Вт/м²°С, находим по формуле:

(12)

Таблица 13

Термическое сопротивление замкнутых воздушных прослоек [2]

Толщинавоздушнойпрослойки,м	Термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки, Rв.п, м2оС/Вт
горизонтальной при потоке теплоты снизу вверх и вертикальной	горизонтальной при потоке теплоты сверху вниз
при температуре воздуха в прослойке
положи-тельной	отрицательной	положи-тельной	отрицательной
0,01	0,13	0,15	0,14	0,15
0,02	0,14	0,15	0,15	0,19
0,03	0,14	0,16	0,16	0,21
0,05	0,14	0,17	0,17	0,22
0,1	0,15	0,18	0,18	0,23
0,15	0,15	0,18	0,19	0,24
0,2 – 0,3	0,15	0,19	0,19	0,24

Примечание: При наличии на одной или обеих поверхностях воздушной прослойки теплоотражающей алюминиевой фольги термическое сопротивление следует увеличить в два раза.