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 і вогнестійкості, економічності та 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 будівлі, а також у відповідності з вимогами опору теплопередачі, воздухонипроницанию і паропроникненню.

У чому сенс розрахунку?

Якщо під час розрахунку вартості майбутньої будови враховувати лише міцнісні характеристики, то, природно, вартість буде менше. Однак це видима економія: згодом на обігрів приміщення піде значно більше коштів.

Грамотно підібрані матеріали створять в приміщенні оптимальний мікроклімат.

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 наступним теплотехнічним вимогам:

Мали достатні теплозахисні властивості. Іншими словами, не можна допускати в літній час 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 поверхні дані та конденсація вологи внутрішнього повітряного потоку на огороджувальних конструкціях.

У разі зміни теплового потоку температурні коливання всередині приміщення повинні бути мінімальні. Ця властивість називається теплостійкістю.

Важливо, щоб повітронепроникність огорож не викликала сильного охолодження приміщень і не погіршувала теплозахисні властивості конструкцій.

Огородження повинні мати нормальний вологісний режим. Так як перезволоження огорож збільшує втрати тепла, що викликає в приміщенні вогкість, зменшує довговічність конструкцій.

Щоб конструкції відповідали переліченим вище вимогам, виконують теплотехнічний розрахунок, а також розраховують теплотривкість, 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:

Відповідності конструкцій сучасним вимогам по тепловому захисту будівель і споруд.

Забезпечення у внутрішніх приміщеннях комфортного мікроклімату.

Забезпечення оптимального теплового захисту огорож.

Основні параметри для розрахунку

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

Призначення та тип будівлі.

Географічне розташування будови.

Орієнтація стін по сторонах світла.

Розміри конструкцій (обсяг, площа, поверховість).

Тип і розміри вікон і дверей.

Характеристики опалювальної системи.

Кількість людей, що знаходяться в будівлі одночасно.

Матеріал стін, підлоги та 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 провести розрахунок. Як правило, розрахунок здійснюється на підставі методики, викладеної в нормативно-технічній документації. Дані програми дозволяють обчислити наступне:

Термічний опір.

Втрати тепла через конструкції (стеля, підлога, дверні та віконні пройоми, а також стіни).

Кількість тепла, необхідного для нагрівання інфільтруючого повітря.

Підбір секційних (біметалічних, чавунних, алюмінієвих) радіаторів.

Підбір сталевих панельних радіаторів.

Теплотехнічний розрахунок: приклад розрахунку для зовнішніх стін

Для розрахунку необхідно визначити наступні основні параметри:

t у = 20°C – температура повітряного потоку всередині будівлі, що приймається для розрахунку огорож за мінімальним значенням найбільш оптимальної температури відповідної будівлі та споруди. Приймається у відповідності з Гост 30494-96.

За вимогами Гост 30494-96 вологість в приміщенні повинна становити 60%, у результаті в приміщенні буде забезпечений нормальний вологісний режим.

Згідно з додатком B Сніпа 23-02-2003 зона вологості-суха, значить, умови експлуатації огорож – A.

t н = -34 °C – температура зовнішнього повітряного потоку в зимовий період часу, який приймається по СНиП виходячи з максимально холодної п'ятиденки, має забезпеченість 092.

Z від.пер = 220 діб – це тривалість опалювального періоду, яка приймається по Сніпу, при цьому середньодобова температура навколишнього середовища <= 8 °C.

T від.пер. = -59 °C – температура навколишнього середовища (середня) в опалювальний період, яка приймається за СНиП, при добовій температурі навколишнього середовища <= 8 °C.

Вихідні дані

У такому разі теплотехнічний розрахунок стіни проводитиметься з метою визначення оптимальної товщини панелей і теплоізоляційного матеріалу для них. В якості зовнішніх стін будуть використовувати сендвіч-панелі (ТУ 5284-001-48263176-2003).

Комфортні умови

Розглянемо, як виконується теплотехнічний розрахунок зовнішньої стіни. Для початку слід вирахувати необхідний опір теплопередачі, орієнтуючись на комфортні та санітарно-гігієнічні умови: R 0 тр = (n x (t у – t н )) : (t н x у ), де n = 1 – це коефіцієнт, який залежить від стану зовнішніх конструктивних елементів по відношенню до зовнішнього повітря. Його слід приймати за даними Сніп 23-02-2003 з таблиці 6. t н = 45 °C – це нормований перепад температури внутрішньої поверхні конструкції і внутрішнього повітря. Приймається за даними Сніп з таблиці 5. у = 87 Вт/м 2 °C – це теплопередача внутрішніх огороджувальних конструкцій. Дані беруться з таблиці 5 по Сніпу. Підставляємо дані у формулу і отримуємо: R 0 тр = (1 x (20 – (-34)) : (45 x 87) = 1379 м 2 °C/Вт.

Умови енергозбереження

Виконуючи теплотехнічний розрахунок стіни, виходячи з умов енергозбереження, необхідно вирахувати необхідний опір теплопередачі конструкцій. Воно визначається за ГСОП (градусо-добу опалювального періоду, °C) за наступною формулою: ГСОП = (t у – t від.пер. ) x Z від.пер , де t у – це температура повітряного потоку всередині будівлі, °C. Z від.пер. і t від.пер. – це тривалість (діб) і температура (°C) періоду, що має середньодобову температуру повітря <= 8 °C. Таким чином: ГСОП= (20 – (-59)) x220 = 5698. Виходячи з умов енергозбереження, визначаємо R 0 тр методом інтерполяції по Сніпу з таблиці 4: R 0 тр = 24 + (30 – 24)x(5698 – 4000)) /(6000 – 4000)) = 2909 (м 2 °C/Вт) Далі, виконуючи теплотехнічний розрахунок зовнішньої стіни, слід обчислити опір теплопередачі R 0 : R 0 = 1/ у + R 1 + 1/ н , де R 1 = d/l. d – це товщина теплоізоляції, м. l = 0042 Вт/м°C – це теплопровідність мінераловатної плити. н = 23 Вт/м 2 °C – це тепловіддача зовнішніх конструктивних елементів, що приймається по Сніпу. R 0 = 1/87 + d/0042+1/23 = 0158 + d/0042.

Товщина утеплювача

Товщина теплоізоляційного матеріалу визначається виходячи з того, що R 0 = R 0 тр при цьому R 0 тр береться за умов енергозбереження, таким чином: 2909 = 0158 + d/0042 звідки d = 0116 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 збереження тепла вважається важливою екологічною задачею, адже це безпосередньо пов'язано із зменшенням споживання палива, що призводить до зниження дії негативних факторів на навколишнє середовище. Крім того, варто пам'ятати про те, що неправильно виконана теплоізоляція здатна призвести до перезволоження конструкцій, що в результаті призведе до утворення плісняви на поверхні стін. Утворення цвілі, у свою чергу, призведе до псування внутрішньої обробки (відшарування шпалер і фарби, руйнування штукатурного шару). В особливо запущених випадках може знадобитися радикальне втручання. Дуже часто будівельні компанії у 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.