5.3 Тепловтрати через огороджуючі конструкції

У холодну пору року приміщення втрачає тепло через зовнішні огородження, а також тепло витрачається на нагрівання холодного повітря, яке інфільтрується через нещільності в огородженнях, надходить через прорізи дверей, на нагрівання матеріалів, транспортних засобів, виробів, які холодними потрапляють у приміщення. З іншого боку, тепло надходить у приміщення від сонячної радіації, людей, нагрітого технологічного обладнання, джерел штучного освітлення, побутових приладів тощо.

Утрати тепла обчислюються для кожного опалювального приміщення послідовно через окремі огородження та складаються з основних і додаткових.

Отже, тепловий баланс приміщення в загальному вигляді можна представити таким чином:

,

(5.12)

де – розрахункова потужність системи опалення, Вт;

– сумарні теплові втрати приміщеннями, Вт;

– сумарні надходження тепла в приміщення, Вт.

для житлових будинків приймаються із рахунку 10 Вт на 1 м² загальної площі та їх слід враховувати в цілому на систему опалення будинку.

Розрахункові теплові втрати для житлових будинків визначаються за формулою:

,

(5.13)

де – сума втрат тепла через окремі огородження будинку;

– втрати тепла на нагрів вентиляційного повітря.

Втрати тепла через окремі огородження обчислюють за формулою:

,

(5.14)

де – коефіцієнт теплопередачі огородження, Вт/(м²·ºС);

– розрахункова площа огородження, м²;

– температура зовнішнього повітря для району будівництва, приймають за додатком Ж, або температура повітря сусіднього приміщення, якщо різниця між температурами сусідніх приміщень більше 8ºС;

– розрахункова температура усередині приміщення (табл. 5.2);

– поправочний коефіцієнт, що враховує положення огородження щодо зовнішнього повітря (для зовнішніх стін та вікон ; для горища ; підлоги першого поверху );

– додаткові втрати тепла в частках від основних, які враховуються таким чином:

а) для зовнішніх вертикальних і похилих огороджень, орієнтованих на напрямки, звідки в січні дуне вітер зі швидкістю, що перевищує 4,5 м/с з повторюваністю не менше 15% в розмірі 0,05 при швидкості вітру до 5 м/с і в розмірі 0,1 при швидкості вітру 5 м/с і більше; при типовому проектуванні додаткові втрати потрібно враховувати в розмірі 0,05 для всіх приміщень;

б) для зовнішніх вертикальних і похилих огороджень багатоповерхових будинків в розмірі 0,2 для першого і другого поверхів; 0,15 – для третього; 0,1 – для четвертого поверху будинків з кількістю поверхів 16 і більше; для 10 – 15-поверхових будинків додаткові втрати потрібно враховувати в розмірі 0,1 для першого, другого поверхів і 0,05 – для третього поверху.

Коефіцієнти теплопередачі для підлог, розташованих на ґрунті, визначають за умовними термічними опорами для окремих зон підлоги, шириною 2 м, паралельним зовнішнім стінам (рис. 5.4). Смуга, найближча до зовнішньої стіни, є зоною 1, дві наступні смуги будуть зонами 2 та 3, а інша поверхня підлоги буде зоною 4.

1, 2, 3, 4 – відповідно перша, друга, третя, четверта зони

Рисунок 5.4 – Схема до визначення втрат тепла через підлоги і стіни, розташовані нижче рівня землі:

а) план до схеми; б) переріз до схеми

Приведений опір теплопередачі окремих зон шириною 2 м, не утеплених підлог на ґрунті та стін нижче рівня землі, що мають Вт/(м ·ºС) у відповідності до СНіП 2.04.05-86, приймається рівним: для 1-ї зони ; для 2-ї ; для 3-ї ; для 4-ї .

Основна розрахункова формула для обчислення втрат тепла через підлогу, розташовану на ґрунті, має такий вид:

,

(5.15)

де , , , – площі, відповідно 1, 2, 3, 4 зон-смуг;

– опори теплопередачі окремих зон підлоги, м²·ºС/Вт;

Опір теплопередачі конструкцій утеплених підлог, розташованих безпосередньо на ґрунті, слід визначати також для кожної зони, але за формулою:

,

(5.16)

де – опір теплопередачі окремих зон не утеплених підлог;

– сума термічних опорів прошарків, що утеплюють.

Шарами, що утеплюють, вважаються шари з матеріалів, які мають теплопровідність Вт/(м ·ºС). Опір теплопередачі конструкцій підлог на лагах, визначається за формулою:

,

(5.17)

де – величина, одержана відповідно до формули (5.16); тут у якості прошарків, що утеплюють, враховують повітряний прошарок ( ) та дощату підлогу, покладену на лагах.

Поверхня ділянки підлоги в зоні 1, що примикає до зовнішнього рогу, має підвищені тепловтрати, тому її площа розміром 2×2 м враховується при визначенні площі 1 двічі (на рис. 5.4 площадка "а").

Підземну частину зовнішніх стін при розрахунку тепловтрат розглядають як продовження підлоги. Розбивку на смуги в цьому випадку виконують від верха підземної частини стіни (рис. 5.4). Опір теплопередачі визначається так само, як і для не утеплених або утеплених підлог.

Кількість тепла на нагрів вентиляційного повітря обчислюється для кожного опалюваного приміщення, яке має одне або більшу кількість вікон чи балконних дверей в зовнішніх стінах, виходячи з необхідності забезпечення підігріву опалювальними приладами зовнішнього повітря у об’єму однократному повітрообміну за годину, за формулою:

,

(5.18)

де – площа підлоги приміщення, м²;

– висота приміщення від підлоги до стелі, м, але не більше 3,5 м.

Витрати тепла для нагріву зовнішнього повітря, яке надходить у вхідні вестибюлі та сходові клітини через зовнішні двері обчислюються за формулою:

,

(5.19)

де – висота будинку, м;

Р – кількість мешканців у будинку;

– коефіцієнт, що враховує кількість вхідних тамбурів. При одному тамбурі (двоє дверей) , при двох тамбурах (троє дверей) .

де – розрахункова норма загальної опалюваної площі будинку на одного мешканця, м²; прийняти 20 м²;

– загальна опалювана площа будинку, м².

Для визначення тепловтрат окремими приміщеннями і будівлями у цілому необхідно мати такі вихідні дані:

а) плани поверхів та характерні розрізи по будівлі з усіма будівельними розмірами;

б) викопіювання з генплану з позначенням сторін світу;

в) призначення кожного приміщення; місце будівництва (назва населеного пункту);

г) конструкцію всіх зовнішніх огороджень, обґрунтовану теплотехнічним розрахунком.

Кожному опалювальному приміщенню на планах надають порядковий номер (починаючи з № 01 і далі – для приміщень підвалу; з № 101 і далі – для приміщень першого поверху; з № 201 і далі – для приміщень другого поверху і т.д.). Приміщення нумерують зліва направо. Сходові клітини нумерують окремо (буквами або римськими цифрами) та підраховують тепловтрати відразу по всій висоті сходової клітини, а не по поверхах.

При визначенні площ F окремих огороджень – зовнішніх стін (ЗС), вікон (В), дверей (Д), ліхтарів (Л), стелі (С), підлог (П), балконних дверей – обмірюють по планах і розрізах будівлі таким чином (рис. 5.5):

Рисунок 5.5 – Схема обмірів огороджень, що беруть участь у процесі теплообміну:

а) – в розрізі будівлі; б) – у плані

Площі вікон, дверей і ліхтарів визначають по найменших розмірах будівельних прорізів у світлі.

Висоту стін першого поверху, якщо підлога знаходиться безпосередньо на ґрунті, виміряють між рівнями підлог першого і другого поверхів ( ), якщо підлога на лагах – від зовнішнього рівня підгонки підлоги на лагах до рівня підлоги другого поверху ( ), при неопалюваному підвалі або підпіллі – від рівня нижньої поверхні конструкції підлоги першого поверху до рівня чистої підлоги другого поверху ( ).

Висоту стін проміжного поверху – між рівнями чистих підлог даного і вище розташованого поверхів ( ), а верхнього поверху – від рівня його чистої підлоги до верха прошарку, що утеплює, горищного перекриття, ( ) або безгорищного перекриття.

Довжина зовнішніх стін у рогових приміщеннях приймається від краю зовнішнього рогу до осей внутрішніх стін ( і ), а в не рогових – між осями внутрішніх стін ( ).

Площі стель і підлог над підвалами та підпіллями в рогових приміщеннях – за відстанями від внутрішньої поверхні зовнішніх стін до осей протилежних стін ( і ), а в не рогових – між осями внутрішньої поверхні зовнішньої стіни до осі протилежної стіни ( ).

Лінійні розміри огороджень визначають із точністю до 0,1 м, а поверхонь огороджень – із точністю до 0,1 м².

Приклад 5.2. Визначити тепловтрати житлових кімнат (№ 501 і № 502), план і розріз яких показані на рис. 5.6.

Кімнати розташовані на верхньому поверсі п’ятиповерхового житлового будинку в м. Луганську. Розрахункові зовнішні і внутрішні температури повітря відповідно до додатків Б і Е приймаємо рівними , для житлових кімнат – , а для кутових (№ 501) – .

Зовнішні стіни приміщень складені з глиняної звичайної цегли на цементно-піщаному розчині товщиною 640 мм із внутрішньою вапняно-піщаною штукатуркою товщиною 20 мм, Вт/(м ·ºК), Вт/(м ·ºК). Зовнішня стіна має утеплювач з пінополістирольних плит ; Вт/м ·ºК, та штукатурку зі складного розчину ; . Коефіцієнт теплопередачі горищного перекриття Вт/(м ·ºК).

Визначаємо температурну зону, в якій знаходиться місто Луганськ – I зона (рис. 5.2). Для зовнішньої стіни згідно табл. 5.4, мінімально допустиме значення опору теплопередачі огороджувальної конструкції житлових будівель, м²·ºК/Вт.

Рисунок 5.6 – План і розріз житлових кімнат

Рішення

Знаходимо опір теплопередачі термічно однорідної непрозорої огороджувальної конструкції, розраховується за формулою 5.5.

Зрівняємо м²·ºК/Вт, знайдемо товщину шару утеплювача:

Приймаємо товщину шару пінополістирольних плит 0,08 м.

Фактичний опір теплопередачі огородження становить:

За формулою (5.5) і для зовнішньої стіни:

Вт/(м²·ºК)

Перепад температур ºС, а для кутового приміщення 47ºС. Відповідно до табл. 5.4 – мінімально допустиме значення опору теплопередачі вікон для першої температурної зони м²·ºК/Вт, а Вт/(м²·ºК).

Через те що вимірювання площ зовнішніх стін проведено без відрахування віконних прорізів, в якості розрахункового коефіцієнта теплопередачі вікон прийнято різницю коефіцієнтів теплопередач між ними, тобто для вікна Вт/(м²·ºК).

Втрати тепла через окремі огородження обчислюють за формулою 5.14.

Додаткові тепловтрати приймаємо для зовнішніх вертикальних і похилих огороджень, орієнтованих на напрямки, звідки в січні дуне вітер зі швидкістю, що перевищує 4,5 м/с з повторюваністю не менше 15% в розмірі 0,05 при швидкості вітру до 5 м/с і в розмірі 0,1 при швидкості вітру 5 м/с і більше; при типовому проектуванні додаткові втрати потрібно враховувати в розмірі 0,05 для всіх приміщень.

Для м. Луганська повторюваність та швидкість вітру розподіляються таким чином:

Напрямок	Пн	Пн-С	С	Пд-С	Пд	Пд-З	З	Пн-З
Повторюваність	5	10	27	15	5	12	17	9
Швидкість вітру	3,7	4	5,4	5,2	6,3	6,8	5,3	4,2

Кількість тепла на нагрів вентиляційного повітря обчислюється для кожного опалюваного приміщення, яке має одне або більшу кількість вікон чи балконних дверей в зовнішніх стінах, виходячи з необхідності забезпечення підігріву опалювальними приладами зовнішнього повітря у об’єму однократного повітрообміну за годину, за формулою 5.18.

Висоту приміщення від підлоги до стелі приймаємо 2,5 м.

Для приміщення № 501:

Вт

Для приміщення № 502:

Вт

Коефіцієнт приймаємо для зовнішніх стін та вікон = 1, а для стелі = 0,9.

Розрахунок тепловтрат через зовнішні огородження і приміщення зведено у табл. 5.8.

Таблиця 5.8 – Бланк розрахунку тепловтрат

№ приміщення	Найменування приміщення	, ºС	Позначення огородження	Орієнтація за сторонами світу	Розміри огородження, м×м	, м2	(tв - tн) · n, ºС	К, Вт/м2·ºС			1 + Σβ	Qа = Qогор, Вт	Qв = Qвент, Вт	Тепловтрати приміщення Q1 = Qа + Qв
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
501	ж.к.	22	ЗС ЗС ДО Ст	З Пн Пн –	5,86×3,1 4,16×3,1 1,47×1,46 3,5×5,2	18,1 12,9 2,15 17,2	47 47 47 47,09	0,325 0,325 1,675 0,44	0,1 0 0 –	– – – –	1,1 1 1 1	304,13 197,05 169,26 320,13	681,08	1671,65
											Σ	990,57
502	ж.к.	20	ЗС ДО Ст	Пн Пн –	2,5×3,1 1,47×1,46 2,1×5,2	7,8 2,15 13,0	45 45 45,09	0,325 1,675 0,44	0,1 0 –	– – –	1,1 1 1	125,48 162,06 231,66	492,86	1012,06
											Σ	519,2