Методика расчета толщины утепляющего слоя стены

При выполнении теплотехнического расчета для зимних условий прежде всего необходимо убедиться, что конструктивное решение проек­тируемого ограждения позволяет обеспечить необходимые са­ни­тарно-гигиенические и комфортные условия микроклимата. Для этого требуемое сопротивление теплопередаче, м²×°C/Вт, опре­деляют по формуле

(2.1)

где –	расчетная температура внутреннего воздуха, °С, при­ни­маемая по нормам проектирования соответствующих зда­ний, [15];
–	расчетная зимняя температура, °С, равная средней тем­пературе наиболее холодной пятидневки обеспечен­ностью 0,92 [6, табл. 3.1], (см. прил. 6);
–	коэффициент, принимаемой в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по от­но­­шению к наружному воздуху по [4, табл. 7], (табл. 2.2);
–	нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверх­ности ограждающей конструкции, °С, по [7, табл. 5], (табл. 2.3);
–	коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограж­дения, Вт/(м2×°С), по [7, табл. 4], (табл. 2.4).

Расчётные параметры внутреннего воздуха для жилого здания представлены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Расчетные параметры внутреннего воздуха для жилого здания

Наименование помещения	Температура внутреннего воздуха , °С	Относительная влажность внутреннего воздуха jв, %
Жилая комната, квартира		50–55
Кухня квартиры		50–55
Лестничная клетка в жилом доме		50–55
Коридор в квартире		50–55
Жилая угловая комната		50–55

Примечание. В районах с температурой t_хп =–31 °С и ниже в жилых комнатах надо принимать на 2 °С выше нормативной.

Таблица 2.2

Значение коэффициента n, учитывающего положение
наружного ограждения по отношению к наружному воздуху

Ограждающие конструкции	Значение ко­эф­фициента n
1. Наружные стены и покрытия (в том числе вентилируемые наружным воздухом), перекрытия чердачные (с кровлей из штучных материалов) и над проездами; перекрытия над холодными (без ограждающих стенок) подпольями в Северной строительно-климатической зоне.
2. Перекрытия над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом; перекрытия чердачные (с кровлей из рулонных материалов); перекрытия над холодными (с ограждающими стенками) подпольями и холодными этажами в Северной строительно-климатической зоне.	0,9
3. Перекрытия над неотапливаемыми подвалами со све­товыми проемами в стенах.	0,75
4. Перекрытия над неотапливаемыми подвалами без све­товых проемов в стенах, расположенные выше уровня земли.	0,6
5. Перекрытия над неотапливаемыми техническими под­польями, расположенные ниже уровня земли	0,4

Таблица 2.3

Значения нормируемого температурного перепада , °С

Здания и помещения	Нормативный температурный перепад , °С, для
наружных стен	покрытий и чердачных перекрытий	перекрытий над подвалами и подпольями
Жилые здания

Таблица 2.4

Значение коэффициента теплоотдачи у внутренней поверхности a_в

Внутренняя поверхность ограждающих конструкций	Коэффициент теплоотдачи aв, Вт/(м2×°C)
1. Стен, полов, гладких потолков, потолков с вы­сту­паю­щи­ми реб­рами при отношении высоты h ребер к расстоя­нию а между гра­нями соседних ребер h/a £ 0,3 2. Потолков с выступающими ребрами при отношении h/a > 0,3 3. Зенитных фонарей	8,7

Градусо-сутки, °С×сут, отопительного периода следует опре­делять по формуле

D = (t_в – t_oп)×Z_oп, (2.2)

где tв –	то же, что и в уравнении (2.1);
toп –	средняя температура отопительного периода, °С, по [6, табл. 3.1], (см. прил. 6);
Zoп –	продолжительность отопительного периода, сут, по [6, табл. 3.1], (см. прил. 6);

Далее определяют предварительную толщину слоя утеплителя по формуле

(2.3)

где di –	толщина отдельных слоев ограждающей конструкции, м, по заданию;
li –	коэффициент теплопроводности отдельных слоев ограж­даю­щей конструкции в зависимости от условий эксплуатации ограждающей конструкции, Вт/(м×°С), по [4, прил. 3], (см. прил. 5);
lут –	коэффициент теплопроводности утепляющего слоя в зависимости от условий эксплуатации ограждающей конструкции, Вт/(м×°С), по [4, прил. 3], (см. прил.5);
aн –	коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограж­дения, Вт/(м2×°С), принимаем по [4, табл. 8], (табл. 2.5).

Таблица 2.5

Значения коэффициента теплоотдачи у наружной поверхности

Наружная поверхность ограждающих конструкций	Коэффициент теплоотдачи для зимних условий aн, Вт/(м2×°С)
1. Наружных стен, покрытий, перекрытий над проездами и над холодными (без ограждающих стенок) подпольями в Северной строительно-климатической зоне.
2. Перекрытий над холодными подвалами, сообща­ющи­мися с наружным воздухом; перекрытий над холодными (с ограждающими стенками) подпольями и холодными этажами в Северной строительно-климатической зоне.
3. Перекрытий чердачных и над неотапливаемыми под­валами со световыми проемами в стенах, а также на­ружных стен с воздушной прослойкой, вентилируемой наружным воздухом.
4. Перекрытий над неотапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенных выше уровня земли, и над неотапливаемыми техническими подпольями, расположенными ниже уровня земли

Определяют приведенное сопротивление теплопередаче ограж­даю­щих конструкций, соответствующее высоким теплозащитным свой­ствам , м²×°С/Вт, по табл. 2.6 [7] в зависимости от по­лу­ченного значения D и типа здания или помещения.

Таблица 2.6

Нормируемые значения сопротивления теплопередаче
ограждающих конструкций

Здания и помещения, коэффициенты а и b	Градусо-сутки отопи­тельного периода D, °С×сут	Нормируемые значения сопротивления теплопередаче , м2×°С/Вт, ограждающих конструкций
стен	покры­тий и перекры­тий над проез­дами	перекрытий чердачных, над неотап­ливаемыми подпольями и подвалами	окон и балкон­ных дверей, витрин и витражей	фона­рей с вер­тикаль­ным остекле­нием
Жилые, лечебно-профилактичес­кие и детские уч­реж­де­­ния, школы, ин­тер­наты, гости­ни­цы и общежития		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	0,3 0,45 0,6 0,7 0,75 0,8	0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55
а	-	0,00035	0,0005	0,00045	-	0,000025
b	-	1,4	2,2	1,9	-	0,25

Окончание табл. 2.6

Общественные, кро­ме указанных вы­ше, администра­тив­ные и бытовые, производственные и другие здания и помещения с влаж­ным или мокрым режимом		1,8 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	0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8	0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55
а	-	0,0003	0,0004	0,00035	0,00005	0,000025
b	-	1,2	1,6	1,3	0,2	0,25
Производствен­ные с сухим и нормальным режимами		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 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5	0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 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 D, отличающихся от табличных, следует определять по формуле

,

где D –	градусо-сутки отопительного периода, °С×сут, для конкретного пункта;
a, 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 6000 °С×сут: a = 0,000075, b = 0,15; для интервала 6000–8000 °С×сут: a = 0,00005, b = 0,3; для интервала 8000 °С×сут и более: a = 0,000025, b = 0,5.

2. Нормируемое приведенное сопротивление теплопередаче глухой части балконных дверей должно быть не менее чем в 1,5 раза выше нормируемого сопротивления теплопередаче светопрозрачной части этих конструкций.

3. Если > – для дальнейших расчетов принимают , а если < – для расчетов принимают .

Вычисленное значение d_ут должно быть скорректировано в соот­ветствии с требованиями унификации конструкции ограждений. Для наружных стеновых панелей – 0,20; 0,25; 0,30; 0,40; 0,50 м, для кирпичной кладки – 0,38, 0,51, 0,64, 0,77атология и геофизика..

После выбора общей толщины конструкции d₀, м, и толщины утеплителя d_ут, м, уточняют фактическое общее сопротивление теп­лопередаче _, м²×°С/Вт, для всех слоев ограждения по формуле

(2.4)

и проверяют условие

. (2.5)

Если условие (2.5) не выполняется, то целесообразно выбрать строительный материал с меньшим коэффициентом теплопро­вод­ности l_ут, Вт/(м×°С), или можно увеличить толщину утеплителя.

Коэффициент теплопередачи принятого ограждения стены ,
Вт/(м×°С), определяют из уравнения

, (2.6)

где –

общее фактическое сопротивление теплопередаче, при­ни­маемое по уравнению (2.4), м2×°С/Вт.

Термическое сопротивление замкнутых воздушных прослоек пред­ставлено в табл. 2.7.

Таблица 2.7

Термическое сопротивление замкнутых воздушных прослоек R_вп

Толщина воздушной прослойки, м	Термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки Rвп, м2×°С/Вт
горизонтальной при потоке теп­лоты снизу вверх и вертикальной	горизонтальной при потоке теплоты сверху вниз
при температуре воздуха в прослойке
положительная	отрицательная	положительная	отрицательная
0,01 0,02 0,03 0,05 0,10 0,15 0,20-0,30	0,13 0,14 0,14 0,14 0,15 0,15 0,15	0,15 0,15 0,16 0,17 0,18 0,18 0,19	0,14 0,15 0,16 0,17 0,18 0,19 0,19	0,15 0,19 0,21 0,22 0,23 0,24 0,24

Примечание. При оклейке одной или обеих поверхностей воздушной про­слойки алюминиевой фольгой термическое сопротивление следует увели­чивать в 2 раза.

Пример 1

Теплотехнический расчет наружного ограждения стены

Исходные данные

1. Ограждающая конструкция стены здания, состоящая из трёх слоёв: монолитного тяжелого бетона γ₁ = 2400 кг/м³ толщиной d₁ = 0,16 м, слоя утеплителя из жестких минераловатных плит
γ₂ = 50 кг/м³; торкрет-бетона γ₃ = 1700 кг/м³ толщиной d₃ = 0,1 м.

Рисунок 1 – Ограждающая конструкция стены

2. Район строительства – г. Пенза.

3. Расчетная температура внутреннего воздуха t_в = 20 °С.

4. Рассчитываемая ограждающая конструкция будет эксплуа­ти­ро­ваться в условиях А [4, прил. 2], (см. прил. 3, 4);.

5. Значение теплотехнических характеристик и коэффициентов в фор­мулах: t_хп(0,92) = –27 °С (см. прил. 6); t_оп = –4,1 °С (см. прил. 6); Z_оп = 200 (см. прил. 6); λ₁ = 1,74 Вт/(м²×^◦С) [4, прил. 3], (см. прил. 5); l_ут = 0,052 Вт/(м²×^◦С) [4, прил. 3], (см. прил. 5); λ₃ = 0,70 Вт/(м²×^◦С) [4, прил. 3], (см. прил. 5); a_в = 8,7 Вт/(м²×°С) (см. табл. 2.4); Dt^н = 4 °С (см. табл. 2.3); n = 1 (см. табл. 2.2); a_н = 23 Вт/(м²×°С), (см. табл. 2.5).

Порядок расчета

1. Первоначально определяют требуемое сопротивление теплопе­редаче по формуле (2.1)

м×°С/Вт.

2. По формуле (2.2) рассчитывают градусо-сутки отопительного периода

D = (20 + 4,1)×200 = 4820 °С×сут.

3. Величина сопротивления теплопередаче ограждения с учетом энергосбережения , м²×°С/Вт, по [7, табл. 3] (см. табл. 2.6) равна: м×°С/Вт.

4. Сравнивают = 1,35 и = 3,087 м²×°С/Вт и принимают для дальнейших расчетов большее – .

5. Определяют предварительную толщину утеплителя из пенопо­лис­тирола d_ут по уравнению (2.3)

d_ут = = 0,14 м.

Складывают общую толщину панели

d_общ = 0,16 + 0,14 + 0,1 = 0,4 м.

В соответствии с требованиями унификации принимают общую толщину слоя утеплителя d_ут = 0,15 м, тогда общая толщина стены d_общ = 0,41 м.

6. Уточняют общее фактическое сопротивление теплопередаче для всех слоев ограждения по выражению (2.4)

= м²×°С/Вт.

Таким образом, условие теплотехнического расчета выполнено, так как > (3,28 > 3,087).

7. Коэффициент теплопередачи для данной ограждающей кон­струк­ции определяют по уравнению (2.6)

Вт/(м²×°С) .