Требуемое сопротивление теплопередаче

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 13Следующая ⇒

В СНиП 23-02-2003 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 и «б» - санитарно-гигиенический показатель тепловой защиты зданий. О последнем речь пойдет ниже (п.3.6 и глава 4).

Показатель «в» - это удельный расход тепловой энергии на отопление здания. По этому показателю проектирование здания осуществляется путем определения комплексной величины энергосбережения от использования архитектурных, строительных, теплотехнических и инженерных решений.

Требования СНиП 23-02 будут выполнены, если при проектировании зданий обеспечены нормы по показателям «а» и «б» либо «б» и «в». Выбор показателей, по которым будет вестись проектирование, осуществляется проектной организацией или заказчиком.

В настоящем пособии нормы и методика определения показателя «в» не рассматриваются.

Рассмотрим нормирование показателя «а».

Наружные ограждающие конструкции должны быть запроектированы таким образом, чтобы их сопротивление теплопередаче R₀(для однородных конструкций) или приведенное сопротивление теплопередаче R^r₀ (для неоднородных конструкций) было не меньше нормируемого значения R_req. Следовательно, должно выполняться условие:

- для однородных конструкций - R₀ ≥ R_req ; (3.20) - для неоднородных конструкций - R^r₀ ≥ R_req. (3.20а)

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 – D_d, º С·сут. Величина D_d зависит от расчетной температуры внутреннего воздуха t_int, а также от средней температуры наружного воздуха отопительного периода t_ht, º С, и от продолжительности отопительного периода z_ht, сут.

D_d = (t_int - t_ht )· z_ht. (3.21)

Значения t_ht и z_ht следует принимать согласно СНиП 23-01-99 для соответствующего города или населенного пункта. При отсутствии данных для конкретного пункта следует использовать данные для ближайшего пункта.

Требуемое сопротивление теплопередаче R_req зависит от D_d, назначения помещения и вида ограждающей конструкции (таблица 3.3).

Значения R_req для величин D_d, отличающихся от табличных, следует определять по формуле

R_req = a· D_d + b, (3.22)

где D_d - градусо-сутки отопительного периода для конкретного пункта;

a и b – коэффициенты, значения которых следует принимать по данным таблицы 3.3 для соответствующих групп зданий, за исключением графы 6 для группы зданий в поз. 1, где для интервала до 6000 º С·сут: a = 0, 000075, b = 0, 15; для интервала 6000 - 8000 º С·сут: a = 0, 00005, b = 0, 3.

Пример 3.4

Определить требуемое сопротивление теплопередаче наружной стены жилого дома в Москве.

Решение

Расчетная температура внутреннего воздуха жилого дома составляет t_int = 20 º С (таблица 1.2). Средняя температура наружного воздуха и продолжительность отопительного периода в Москве соответственно равны: t_ht = -3, 1 º С и z_ht = 216 суток (СНиП 23-01).

Определим градусо-сутки отопительного периода:

D_d = (20 + 3, 1)·216 = 4990 º С·сут.

Используя данные таблицы 3.3 и формулу (3.22), рассчитаем R_req: R_req = 0, 00035·4990 + 1, 4 = 3, 15 м²·º С/Вт.

Таблица 3.3

Нормируемые значения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций

Здания и помещения, коэффициенты a и b	Градусо-сутки отопит. периода D_d, º С·сут	Нормируемые значения сопротивления теплопередаче R_req, м²·º С/Вт, ограждающих конструкций
Стен	Покрытий и перекрытий над проездами	Перекрытий чердачн., над неотапливаемыми подвалами	Окон, балконных дверей, витрин и витражей

1. Жилые, лечебно-про-фил. и детские учреждения, школы, гостиницы и общежития a b		2, 1 2, 8 3, 5 4, 2	3, 2 4, 2 5, 2 6, 2	2, 8 3, 7 4, 6 5, 5	0, 3 0, 45 0, 6 0, 7
- -	0, 00035 1, 4	0, 0005 2, 2	0, 00045 1, 9	- -
2. Обществен-ные, кроме п.1, административные и бытовые, произв. здания с влажным или мокрым режим a b		1, 8 2, 4 3, 0 3, 6	2, 4 3, 2 4, 0 4, 8	2, 0 2, 7 3, 4 4, 1	0, 3 0, 4 0, 5 0, 6
- -	0, 0003 1, 2	0, 0004 1, 6	0, 00035 1, 3	0, 00005 0, 2

Продолжение таблицы 3.3


3. Производственные с сухим и нормальным режимом a b		1, 4 1, 8 2, 2 2, 6	2, 0 2, 5 3, 0 3, 5	1, 4 1, 8 2, 2 2, 6	0, 25 0, 3 0, 35 0, 4
- -	0, 0002 1, 0	0, 00025 1, 5	0, 0002 1, 0	0, 000025 0, 2

Пример 3.5

Определить нормируемое сопротивление теплопередаче покрытия производственного здания с нормальным влажностным режимом, где выполняются работы средней тяжести, проектируемого в Краснодаре.

Решение

По таблице 1.4 определим расчетную температуру внутреннего воздуха: t_int = 17 º С. Значения t_ht и z_ht примем по данным СНиП 23-01 для Краснодара: t_ht = +2, 0 º С и z_ht = 149 суток. Градусо-сутки отопительного периода составляют

D_d = (17 - 2)·149 = 2235 º С·сут.

Используя данные таблицы 3.3 и формулу (3.22), определим требуемое сопротивление теплопередаче:

R_req = 0, 00025·2235 + 1, 5 = 2, 06 м²·º С/Вт.

Введение новых теплотехнических нормативов - СНиП 23-02-2003-существенно повысило требования к сопротивлению теплопередаче ограждающих конструкций зданий. По сравнению с предшествующим документом – СНиП II-3-79* «Строительная теплотехника» - нормируемые значения сопротивления теплопередаче увеличены в 2, 5 – 3 раза. Для достижения требуемых величин R_req и обеспечения выполнения условий (3.20) или (3.20а) следует либо существенно увеличить толщину ограждения, либо использовать материалы с малыми коэффициентами теплопроводности.

В таблице 3.4 представлены результаты расчетов для нескольких вариантов наружных стен (однородных в теплотехническом отношении), сопротивление теплопередаче которых удовлетворяет условию (3.20). Место строительства – Ростов-на-Дону, R_req = 2, 63 м²·º С/Вт. Нумерация слоев ведется от внутренней поверхности.

Таблица 3.4

Теплотехнические характеристики наружных стен

Вариант	№ слоя	Материал	Плотность, кг/м³	Толщина слоя, м	Коэф.тепло проводнос. Вт/(м·º С).	Толщина стены, м	Сопротив- ление т-че R₀, м²·º С/Вт
		Штукатурка		0, 02	0, 76	1, 74	2, 63
	Кирпичная кладка		1, 72	0, 70
		Штукатурка		0, 02	0, 76	1, 39	2, 63
	Керамзитобетон		1, 37	0, 56
		Штукатурка		0, 02	0, 76	0, 56	2, 67
	Кирпичная кладка		0, 12	0, 70
	Пенобетон		0, 30	0, 14
	Кирпичная кладка		0, 12	0, 70
		Штукатурка		0, 02	0, 76	0, 70	2, 69
	Керамзитобетон		0, 56	0, 24
	Кирпичная клад.		0, 12	0, 70

Из представленных данных можно сделать следующий вывод. 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 (варианты 3 и 4), 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, пенополиуретан, минераловатные плиты и другие (Приложение Б).

Пример 3.6

Определить, удовлетворяет ли запроектированная конструкция наружной стены жилого дома требованиям теплозащиты. Если нет, изменить толщину слоя утеплителя.

Место строительства – Ставрополь, условия эксплуатации ограждающих конструкций – Б.

Конструкция стены: внутренний слой – известково-песчаный раствор толщиной δ ₁= 0, 02 м, коэффициент теплопроводности λ ₁ = 0, 81Вт/(м·º С); 2-ой слой – кладка из глиняного обыкновенного кирпича на цементно-песчаном растворе плотностью 1800 кг/м³: δ ₂= 0, 12 м, λ ₂ = 0, 81Вт/(м·º С); 3-ий слой – минераловатные плиты ЗАО «Минеральная вата» плотностью 100 кг/м³: δ ₃= 0, 08 м, λ ₃ = 0, 045 Вт/(м·º С); наружный слой – кладка из керамического пустотного кирпича на цементно-песчаном растворе плотностью 1600 кг/м³: δ ₄= 0, 12 м, λ ₄ = 0, 64Вт/(м·º С).

Коэффициенты теплоотдачи у внутренней и наружной поверхностей составляют 8, 7 Вт/(м²·º С) и 23 Вт/(м²·º С), соответственно.

Температура внутреннего воздуха t_int = 20 º С. Средняя температура наружного воздуха и продолжительность отопительного периода в Ставрополе соответственно равны: t_ht = + 0, 9 º С и z_ht = 168 суток (по данным СНиП 23-01).

Решение

1. Определим требуемое сопротивление теплопередаче R_req.

Градусо-сутки отопительного периода составляют (3.21):

D_d = (20 - 0, 9)·168 = 3209 º С·сут.

Используя данные таблицы 3.3 и формулу (3.22), определим требуемое сопротивление теплопередаче:

R_req = 0, 00035·3209 + 1, 4 = 2, 52 м²·º С/Вт.

2. Определим сопротивление теплопередаче запроектированной стены, используя формулу (3.6):

R₀= 1/8, 7 + 0, 02/0, 81 + 0, 12/0, 81 + 0, 08/0, 045 + 0, 12/0, 64 + 1/23 = = 2, 30 м²·º С/Вт.

Полученное сопротивление теплопередаче меньше требуемого. Значит, условие R₀ ≥ R_req не выполняется, и конструкция не отвечает требованиям теплозащиты в зимнее время.

3. Увеличим толщину теплоизоляционного слоя. Чтобы определить необходимую (минимально допустимую) толщину слоя утеплителя, используем условие: R₀ = R_req. Тогда из формулы (3.6) для 4-хслойной стены найдем новую толщину δ ₃:

δ ₃= 0, 045 (2, 52 – 0, 115 – 0, 025 – 0, 148 – 0, 188 – 0, 043) = 0, 09 м.

Необходимая толщина слоя утеплителя 0, 09 м. В запроектированной конструкции примем толщину теплоизоляционного слоя 0, 10 м, с некоторым запасом.

Рассмотрим рекомендации по выбору конструктивных решений, обеспечивающих необходимую теплозащиту зданий.

Стены

С теплотехнической точки зрения различают три вида наружных стен по числу основных слоев: однослойные, двухслойные и трехслойные.

Однослойные стены выполняют из конструкционно-теплоизоляционных материалов, совмещающих несущие и теплозащитные функции (пенобетоны, ячеистые бетоны и др.)

Возведение трехслойных стен с внутренним расположением утеплителя возможно с использованием различных конструкционных материалов (лесоматериалы, штучные каменные материалы, различные панели и монолитные конструкции). Ограждающими конструкциями, например, могут являться: наружные стены каркасных деревянных домов, трехслойные железобетонные панели и стены колодцевой кладки из штучных каменных материалов.

Рассмотрим, например, трехслойную конструкцию слоистой кладки (рис.3.11). Толщина первого слоя – внутренней несущей стены – определяется лишь прочностными требованиями; толщина теплоизоляционного слоя диктуется теплофизическими требованиями и определяется по расчету; назначение третьего (лицевого) слоя – защитить утеплитель от внешних воздействий.

Внутренняя стена может быть выполнена из кирпича или блоков (бетонных, керамзитобетонных, шлакобетонных, газосиликатных и т.д.). Для лицевого слоя могут применяться отборные стандартные кирпичи, силикатные кирпичи, бетонные лицевые кирпичи, камни керамические лицевые, а также бетонные и керамзитобетонные блоки с последующим оштукатуриванием. Специальные требования предъявляются к утеплителю, так как в данном случае ремонтно-восстановительные работы невозможны. Основными из этих требований являются устойчивость к деформациям и влагостойкость. Данным требованиям отвечают и, чаще всего, применяются минеральная вата, пенополистирол и стекловата.

Внутренний и наружный слои трехслойной конструкции должны быть связаны между собой (жесткими или гибкими связями). С точки зрения теплофизики эти связи являются «мостиками холода» (см п.3.3) и могут значительно снизить термическое сопротивление всей ограждающей конструкции. Больше всего снижают сопротивление жесткие кирпичные связи, в меньшей степени – связи из нержавеющей стали. Наиболее перспективный вариант для борьбы с «мостиками холода» - применение специальных стекло-пластиковых связей.

При проектировании и эксплуатации трехслойных стен с внутренним расположением утеплителя существует серьезная проблема – это конденсация влаги внутри конструкции (глава 5). Водяной пар, в результате диффузии попадающий в толщу стены, может привести к прогрессирующему отсыреванию утеплителя и потере им своих теплоизоляционных качеств. Утеплитель может не просохнуть даже в теплое время года, так как наружный слой является барьером на пути испаряющейся влаги. Чтобы этого избежать, рекомендуется с внутренней стороны ограждающей конструкции устраивать слой пароизоляции или – снаружи – воздушный вентиляционный зазор.

В двухслойных стенах утеплитель может располагаться как внутри, так и снаружи.

Внутреннее утепление стен существующих зданий часто является единственно возможным, так как, во-первых, работы по повышению теплозащиты зданий могут быть произведены не во всех помещениях здания, а лишь – в некоторых. Во-вторых, эти работы можно проводить в любое время года. В третьих, при внутреннем утеплении не меняется облик здания, поэтому данный способ часто применяют в зданиях со сложными в архитектурном плане фасадами, представляющими художественную или историческую ценность.

Однако утепление стен с внутренней стороны имеет ряд существенных недостатков. Одним из них является уменьшение полезной площади внутренних помещений. Другой недостаток связан с тем, что большая часть стены оказывается в зоне низких температур (рис.3.4а). В холодный период диффундирующий наружу пар неизбежно конденсируется на границе слоя утеплителя с плотным слоем (глава 5).

В случае необходимости внутреннего утепления поверхность со стороны помещения должна иметь сплошной и долговечный пароизоляционный слой.

Предпочтительнее расположение утеплителя снаружи. Используются два варианта наружного утепления: системы с наружным покровным слоем без зазора и системы с воздушным зазором между наружным облицовочным слоем и утеплителем.

Системы с наружным покровным слоем иначе называют системами наружного утепления «мокрого типа» (рис.3.12). В теплоизоляционной системе можно выделить три основных слоя:

- теплоизоляционный – плиты из теплоизоляционного материала с низким коэффициентом теплопроводности (например, минераловатные или из пенополистирола);

- армированный – слой из специального клеевого состава, армированного устойчивой к щелочи сеткой;

- защитно-декоративный – грунтовка и декоративная штукатурка (минеральная или полимерная); возможна окраска водопроницаемыми красками, могут также использоваться облицовочные материалы (например, клинкерная плитка).

Каждый слой выполняет в системе свою функцию. Теплоизоляционный материал обеспечивает утепление ограждающей конструкции, его толщина определяется теплотехническим расчетом, а тип материала – противопожарными требованиями. Армированный слой

- внутренняя штукатурка - стена - клеевой состав - плитный утеплитель - клеевой состав - сетка из стекловолокна - клеевой раствор - грунтующая краска - наружная отделка

Рис. 3.12 Система наружной теплоизоляции «мокрого типа»

необходим для обеспечения адгезии декоративно-защитного слоя к поверхности теплоизоляционной плиты. Защитно-декоративный слой защищает теплоизоляционный материал от неблагоприятных внешних воздействий, а также придает фасаду эстетический внешний вид.

Системы с вентилируемым воздушным зазором (вентилируемые фасады) будут рассмотрены ниже, в пункте 3.5.

Покрытия

Покрытия жилых и общественных зданий могут быть бесчердачными (совмещенными) и раздельной конструкции, верхнее и нижнее перекрытия которой образуют чердачное пространство. В зависимости от способа удаления вентиляционного воздуха оно может быть холодным или теплым.

В крыше с холодным чердаком внутреннее пространство должно вентилироваться наружным воздухом через специальные отверстия в стенах. В этом случае теплоизоляция укладывается по чердачному перекрытию. В крыше с теплым чердаком чердачное пространство, имеющее утепленные наружные стены и утепленное кровельное покрытие, обогревается теплым воздухом, который поступает из вытяжной вентиляции дома.

Бесчердачные покрытия могут устраиваться невентилируемыми и вентилируемыми. Невентилируемые покрытия следует предусматривать в тех случаях, когда в конструкции покрытия путем применения пароизоляции и других мероприятий исключается недопустимое влагонакопление в холодный период года. Вентилируемые покрытия предусматривают в тех случаях, когда конструктивные меры не обеспечивают нормального влажностного состояния конструкций.

В жилых и общественных зданиях рекомендуется применение вентилируемых совмещенных крыш.

Примеры конструкций бесчердачного (совмещенного) покрытия приведены на рис.3.13.

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 678 9 10 11 Следующая ⇒