Теплотехнічний розрахунок огороджувальних конструкцій будівель

Теплотехнічний розрахунок дозволяє визначити мінімальну товщину огороджувальних конструкцій для того, щоб не було випадків перегріву або промерзання в процесі експлуатації будівлі.

Огороджувальні конструктивні елементи опалювальних громадських і житлових будівель, за винятком вимог стійкості і міцності, довговічності та вогнестійкості, економічності і архітектурного оформлення, повинні відповідати в першу чергу теплотехнічним нормам. Вибирають огороджувальні елементи в залежності від конструктивного рішення, кліматологічних характеристик району забудови, фізичних властивостей, волого-температурного режиму в приміщенні, а також відповідно до вимог опору теплопередачі, воздухоніпроніцанію і паропроніцанію.

У чому сенс розрахунку?

1. Якщо під час розрахунку вартості майбутньої будови враховувати лише міцності, то, природно, вартість буде менше. Однак це видима економія: згодом на обігрів приміщення піде значно більше коштів.
2. Грамотно підібрані матеріали створять в приміщенні оптимальний мікроклімат.
3. При плануванні системи опалення також необхідний теплотехнічний розрахунок. Щоб система була рентабельною та ефективною, необхідно мати поняття про реальні можливості будівлі.

теплотехнічні вимоги

Важливо, щоб зовнішні конструкції відповідали таким теплотехнічним вимогам:

• Мали достатні теплозахисні властивості. Іншими словами, не можна допускати в літню пору перегріву приміщень, а взимку - зайвих втрат тепла.
• Різниця температур повітря внутрішніх елементів огорож і приміщень не повинна бути вище нормативного значення. В іншому випадку може статися надмірне охолодження тіла людини випромінюванням тепла на дані поверхні і конденсація вологи внутрішнього повітряного потоку на конструкціях.
• У разі зміни теплового потоку температурні коливання всередині приміщення повинні бути мінімальні. Дана властивість називається теплотривкістю.
• Важливо, щоб воздухонепроницаемость огороджень не викликала сильного охолодження приміщень і не погіршувала теплозахисні властивості конструкцій.
• Огородження повинні мати нормальний вологісний режим. Так як перезволоження огороджень збільшує втрати тепла, викликає в приміщенні сирість, зменшує довговічність конструкцій.

Щоб конструкції відповідали перерахованим вище вимогам, виконують теплотехнічний розрахунок, а також розраховують теплостійкість, паропроникність, повітропроникність і влагопередачу за вимогами нормативної документації.

теплотехнічні якості

Від теплотехнічних характеристик зовнішніх конструктивних елементів будівель залежить:

• Вологісний режим елементів конструкції.
• Температура внутрішніх конструкцій, яка забезпечує відсутність на них конденсату.
• Постійна вологість і температура в приміщеннях, як в холодну, так і в теплу пору року.
• Кількість тепла, яке втрачається будівлею в зимовий період часу.

Отже, виходячи з усього перерахованого вище, теплотехнічний розрахунок конструкцій вважається важливим етапом в процесі проектування будівель і споруд, як цивільних, так і промислових. Проектування починається з вибору конструкцій - їх товщини і послідовності шарів.

Завдання теплотехнічного розрахунку

Отже, теплотехнічний розрахунок огороджувальних конструктивних елементів здійснюється з метою:

1. Відповідності конструкцій сучасним вимогам по тепловому захисту будівель і споруд.
2. Забезпечення у внутрішніх приміщеннях комфортного мікроклімату.
3. Забезпечення оптимальної теплової захисту огорож.

Основні параметри для розрахунку

Щоб визначити витрата тепла на опалення, а також провести теплотехнічний розрахунок будівлі, необхідно врахувати безліч параметрів, що залежать від наступних характеристик:

• Призначення і тип будівлі.
• Географічне розташування будови.
• Орієнтація стін по сторонах світу.
• Розміри конструкцій (обсяг, площа, поверховість).
• Тип і розміри вікон і дверей.
• Характеристики опалювальної системи.
• Кількість людей, що знаходяться в будівлі одночасно.
• Матеріал стін, підлоги і перекриття останнього поверху.
• Наявність системи гарячого водопостачання.
• Тип вентиляційних систем.
• Інші конструктивні особливості будови.

Теплотехнічний розрахунок: програма

На сьогоднішній день розроблено безліч програм, що дозволяють зробити даний розрахунок. Як правило, розрахунок здійснюється на підставі методики, викладеної в нормативно-технічної документації.

Дані програми дозволяють обчислити наступне:

• Термічний опір.
• Втрати тепла через конструкції (стелю, підлогу, дверні та віконні прорізи, а також стіни).
• Кількість тепла, необхідного для нагрівання инфильтрирующего повітря.
• Підбір секційних (біметалевих, чавунних, алюмінієвих) радіаторів.
• Підбір панельних сталевих радіаторів.

Теплотехнічний розрахунок: приклад розрахунку для зовнішніх стін

Для розрахунку необхідно визначити наступні основні параметри:

• t_в = 20 ° C - це температура повітряного потоку всередині будівлі, яка приймається для розрахунку огорож по мінімальним значенням найбільш оптимальної температури відповідної будівлі та споруди. Приймається вона відповідно до ГОСТу 30494-96.

• За вимогами ГОСТу 30494-96 вологість в приміщенні повинна становити 60%, в результаті в приміщенні буде забезпечений нормальний вологісний режим.
• Відповідно до додатка B Сніпа 23-02-2003, зона вологості суха, значить, умови експлуатації огороджень - A.
• t_н = -34 ° C - це температура зовнішнього повітряного потоку в зимовий період часу, яка приймається по СНиП виходячи з максимально холодної п`ятиденки, що має забезпеченість 0,92.
• Z_от.пер = 220 діб - це тривалість опалювального періоду, яка приймається по Сніпу, при цьому середньодобова температура навколишнього середовища le- 8 ° C.
• T_от.пер. = -5,9 ° C - це температура навколишнього середовища (середня) в опалювальний період, яка приймається по СНиП, при добовій температурі навколишнього середовища le- 8 ° C.

Початкові дані

В такому випадку теплотехнічний розрахунок стіни буде проводитися з метою визначення оптимальної товщини панелей і теплоізоляційного матеріалу для них. В якості зовнішніх стін будуть використовуватися сендвіч-панелі (ТУ 5284-001-48263176-2003).

Комфортні умови

Розглянемо, як виконується теплотехнічний розрахунок зовнішньої стіни. Для початку слід обчислити необхідний опір теплопередачі, орієнтуючись на комфортні і санітарно-гігієнічні умови:

R₀^тр = (N - (t_в - t_н)): (Delta-t^н - alpha-_в), Де

n = 1 - це коефіцієнт, який залежить від положення зовнішніх конструктивних елементів по відношенню до зовнішнього повітря. Його слід приймати за даними Сніпа 23-02-2003 з таблиці 6.

Delta-t^н = 4,5 ° C - це нормований перепад температури внутрішньої поверхні конструкції і внутрішнього повітря. Приймається за даними Сніпа з таблиці 5.

alpha-_в = 8,7 Вт / м² ° C - це теплопередача внутрішніх огороджувальних конструкцій. Дані беруться з таблиці 5, по Сніпу.

Підставляємо дані в формулу і отримуємо:

R₀^тр = (1 - (20 - (-34)): (4,5- 8,7) = 1,379 м² ° C / Вт.

умови енергозбереження

Виконуючи теплотехнічний розрахунок стіни, виходячи з умов енергозбереження, необхідно обчислити необхідний опір теплопередачі конструкцій. Воно визначається по ГСОП (градусо-добу опалювального періоду, ° C) за такою формулою:

ГСОП = (t_в - t_от.пер.) - Z_от.пер, де

t_в - це температура повітряного потоку всередині будівлі, ° C.

Z_от.пер. ІТ_от.пер. - це тривалість (сут.) і температура (° C) періоду, що має середньодобову температуру повітря le- 8 ° C.

Таким чином:

ГСОП = (20 - (-5,9)) -220 = 5698.

Виходячи з умов енергозбереження, визначаємо R₀^тр методом інтерполяції по Сніпу з таблиці 4:

R₀^тр = 2,4 + (3,0 - 2,4) - (5698 - 4000)) / (6000 - 4000)) = 2,909 (м²° C / Вт)

Далі, виконуючи теплотехнічний розрахунок зовнішньої стіни, слід обчислити опір теплопередачі R₀:

R₀ = 1 / alpha-_в + R₁ + 1 / alpha-_н, де

R₁= D / l.

d - це товщина теплоізоляції, м.

l = 0,042 Вт / м ° C - це теплопровідність мінераловатної плити.

alpha-_н = 23 Вт / м²° C - це тепловіддача зовнішніх конструктивних елементів, що приймається по Сніпу.

R₀ = 1 / 8,7 + d / 0,042 + 1/23 = 0,158 + d / 0,042.

товщина утеплювача

Товщина теплоізоляційного матеріалу визначається виходячи з того, що R₀ = R₀^тр, при цьому R₀^тр береться за умов енергозбереження, таким чином:

2,909 = 0,158 + d / 0,042, звідки d = 0,116 м.

Підбираємо марку сендвіч-панелей по каталогу з оптимальною товщиною теплоізоляційного матеріалу: ДП 120, при цьому загальна товщина панелі повинна складати 120 мм. Аналогічним чином проводиться теплотехнічний розрахунок будівлі в цілому.

Необхідність виконання розрахунку

Запроектовані на підставі теплотехнічного розрахунку, виконаного грамотно, огороджувальні конструкції дозволяють скоротити витрати на опалення, вартість якого регулярно збільшуються. До того ж заощадження тепла вважається важливою екологічної завданням, адже це безпосередньо пов`язано зі зменшенням споживання палива, що призводить до зниження впливу негативних факторів на навколишнє середовище.

Крім того, варто пам`ятати про те, що неправильно виконана теплоізоляція здатна привести до перезволоження конструкцій, що в результаті призведе до утворення цвілі на поверхні стін. Освіта цвілі, в свою чергу, призведе до псування внутрішньої обробки (відшаровування шпалер і фарби, руйнування штукатурного шару). В особливо запущених випадках може знадобитися радикальне втручання.

Дуже часто будівельні компанії в своїй діяльності прагнуть використовувати сучасні технології та матеріали. Тільки фахівцеві під силу розібратися в необхідності застосування того чи іншого матеріалу, як окремо, так і в сукупності з іншими. Саме теплотехнічний розрахунок допоможе визначитися з найбільш оптимальними рішеннями, які забезпечать довговічність конструктивних елементів і мінімальні фінансові витрати.