1. Тепловая защита зданий

1.1. Общие положения

Выбор и обоснование конструктивного решения ограждений является одним из наиболее ответственных этапов проектирования зданий, поскольку они непосредственно затрагивают проблему ресурсо- и энергосбережения.

По результатам расчетов выбирают наиболее целесообразный вариант конструктивного решения ограждения, удовлетворяющий трем показателям защиты здания:

а) приведенному сопротивлению теплопередаче отдельных элементов ограждающих конструкций здания;

б) санитарно-гигиеническому, включающему перепад между температурами внутреннего воздуха и на поверхности ограждающих конструкций и температуру на внутренней поверхности выше температуры точки росы;

в) удельному расходу тепловой энергии на отопление здания, позволяющему варьировать величинами теплозащитных свойств различных видов ограждающих конструкций зданий с учетом объемно-планировочных решений здания и систем поддержания микроклимата для достижения нормируемого значения этого показателя.

Учитывая, что требования к тепловой защите зданий будут выполнены, если в жилых и общественных зданиях будут соблюдены требования показателей «а» и «б» либо «б» и «в», а в зданиях производственного назначения – требования показателей «а» и «б», в настоящем пособии рассматривается только показатели «а» и «б».

2. Сопротивление теплопередаче элементов ограждающих конструкций

Как правило, выбор наиболее целесообразного варианта производят из нескольких возможных вариантов конструктивного исполнения ограждений.

Обеспечение ограждающими конструкциями необходимого уровня тепловой защиты здания достигается соблюдением условия:

, (1.1)

где – фактическое сопротивление теплопередаче глухого участка, рассматриваемого варианта ограждения, м²∙°С/Вт;

– нормируемое значение сопротивления теплопередаче, определяемое по таблице 1.1. в зависимости от величины градусо-суток района строительства, м²∙°С/Вт.

В случае исполнения ограждения в виде однородной однослойной конструкции фактическое сопротивление теплопередаче определяют по формуле:

, м²∙°С/Вт, (1.2)

где – термическое сопротивление однослойной ограждающей конструкции, определяемое по формуле (1.3.), м²∙°С/Вт;

и – коэффициенты теплоотдачи для зимних условий соответственно внутренней и наружной поверхности ограждений (принимаются по приложениям 4 и 5), Вт/(м²∙°С).

Значения и принимают:

• для гладких ограждающих конструкций и ;

• для горизонтальных наружных ограждений в зависимости от их расположения .

Термическое сопротивление , м²∙°С/Вт, однородной однослойной ограждающей конструкции определяется по формуле:

, (1.3)

где – толщина слоя, м;

– расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м∙°С).

Сопротивление теплопередаче многослойной ограждающей конструкции вычисляется по формуле:

, м²∙°С/Вт, (1.4)

где – термическое сопротивление многослойной ограждающей конструкции с последовательно расположенными слоями, определяемое как сумма термических сопротивлений отдельных слоев:

, (1.5)

где , , – термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, м²∙°С/Вт, определяемые по формуле 1.3;

– термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки, при наличии ее в конструкции ограждения, принимаемое по приложению 11.

Однако если она подвергается вентилированию наружным воздухом, то термическое сопротивление воздушной прослойки и слоев, расположенных между прослойкой и наружной поверхностью, в данной формуле не учитываются и значение коэффициента теплоотдачи принимается равным 10,8 Вт/(м²∙°С).

Формулы (1.2) и (1.4) справедливы только для термически однородной конструкции, в которой передача тепла происходит в одном направлении.

Из выражения (1.2) и (1.4) следует, что увеличение сопротивления теплопередаче рассматриваемого варианта конструкции ограждения может быть достигнуто главным образом за счет термического сопротивления, то есть либо путем увеличения толщины ограждения ( ), либо за счет использования материала с меньшим коэффициентом теплопроводности ( ). Такой способ повышения теплозащитных качеств наружного ограждения считают наиболее эффективным.

Значения коэффициентов теплопроводности материалов ограждения в расчетах по формулам (1.2) и (1.4) принимаются по приложению 13 в соответствии с условиями эксплуатации.

Условия эксплуатации ограждающих конструкций А или Б устанавливаются в зависимости от температурно-влажностного режима помещений и зоны влажности района строительства.

Для определения условий эксплуатации ограждающих конструкций (по приложению 10) предварительно определяется влажностный режим помещений в зимний период (приложение 8) и зона влажности района строительства (приложения 6 или 9).

В таблице 1.1 приведены нормируемые значения сопротивления теплопередаче основных ограждающих элементов зданий различного назначения.

Таблица 1.1. – Нормируемые значения сопротивления теплопередаче

ограждающих конструкций

Здания и помещения, коэффициенты а и b		Градусо-сутки отопительного периода, Dd, оС . сут	приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций , м2 .С/Вт
			стен	покрытий и перекрытий над проездами	перекрытий чердачных, над холодными подпольями и подвалами	окон и балконных дверей, витрин и витражей	фонарей с вертикальным остеклением
Жилые, лечебно-профилактические и детские учреждения, школы, интернаты		2 000	2,1	3,2	2,8	0,30	0,30
		4 000	2,8	4,2	3,7	0,45	0,35
		6 000	3,5	5,2	4,6	0,60	0,40
		8 000	4,2	6,2	5,5	0,70	0,45
		10 000	4,9	7,2	6,4	0,75	0,50
а		–	0,00035	0,0005	0,00045	–	0,000025
b		–	1,4	2,2	1,9	–	0,25
Общественные, кроме указанных выше, административные и бытовые, за исключением помещений с влажным или мокрым режимом а	2 000		1,6	2,4	2,0	0,30	0,30
	4 000		2,4	3,2	2,7	0,40	0,35
	6 000		3,0	4,0	3,4	0,50	0,40
	8 000		3,6	4,8	4,1	0,60	0,45
	10 000		4,2	5,6	4,8	0,70	0,50
	–		0,0003	0,0004	0,00035	0,000025	0,000025
b	–		1,2	1,6	1,3	0,2	0,25
роизводственные с сухим и нормальным режимами	2 000		1,4	2,0	1,4	0,25	0,20
	4 000		1,8	2,5	1,8	0,30	0,25
	6 000		2,2	3,0	2,2	0,35	0,30
	8 000		2,6	3,5	2,6	0,40	0,35
	10 000		3,0	4,0	3,0	0,45	0,40
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 , отличающихся от табличныхданных, следует определять по формуле

где – количество градусо-суток отопительного периода, °C∙сут для конкретного пункта;

– коэффициенты, значения которых следует принять по данным таблицы 1.1. для соответствующих групп зданий, за исключением графы 6 для групп зданий в поз. 1:

• для интервала до 6 000 °C∙сут: ;

• для интервала 6 000 – 8 000 °C∙сут: ;

• для интервала 8 000 °C∙сут и более: .

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 изделий.

3. В отдельных обоснованных случаях, связанных с конкретными конструктивными решениями заполнения оконных и других проемов, допускается применять конструкции окон, балконных дверей и фонарей с приведенными сопротивлениями теплопередаче на 5% ниже указанных в таблице.

Нормируемые значения приведенного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций зданий учитывают назначение здания или помещения, их температурно-влажностный режим и климатические факторы района строительства. Последние выражены количеством градусо-суток отопительного периода ( ), определяемым по формуле:

= , (1.6)

где – расчетная средняя температура внутреннего воздуха помещения, принимаемая для расчета группы зданий по поз. 1 таблицы 1.1 по минимальным значениям оптимальной температуры соответствующих зданий (в интервале 20 – 22°C), для группы зданий по поз. 2 таблицы 1.1 – согласно классификации помещений и минимальным значениям оптимальной температуры (в интервале 16 – 21°C), зданий по поз. 3 таблицы 1.1 – по нормам проектирования соответствующих зданий;

и – соответственно средняя температура наружного воздуха, ^оС и продолжительность, сут, отопительного периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более 10°C при проектировании лечебно-профилактических, детских учреждений и домов-интернатов для престарелых и не более 8°C – в остальных случаях.

Значения и принимают по приложениям 7 или 23 для заданного района строительства.

Конструктивные решения светопрозрачных участков наружных ограждений в теплотехническом отношении должны удовлетворять требованиям, изложенным в таблицах 1.1 и 1.2.

Принятое по таблице 1.2 приведенное сопротивление теплопередаче конструкции окна, балконной двери или фонаря должно быть не менее нормируемого, взятого из таблицы 1.1.

Для производственных зданий с избытками явной теплоты более 23 Вт/м³ и зданий, предназначенных для сезонной эксплуатации (осенью или весной), а также зданий с расчетной температурой внутреннего воздуха 12^оС и ниже, приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций (за исключением светопрозрачных) м²∙°С/Вт, следует принимать не ниже значений, определяемых по формуле:

, (1.7)

где – расчетная температура внутреннего воздуха, принимаемая по нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений; (для отдельных видов зданий расчетные параметры микроклимата приведены в приложении 2), °С;

– расчетная зимняя температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92; (приложения 7 или 23), °С;

– коэффициент, принимаемый в зависимости от положения ограждения по отношению к наружному воздуху; для наружных стен и покрытий, в том числе вентилируемых наружным воздухом, = 1 (приложение 1);

– нормируемый температурный перепад в наиболее холодный период года между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемый по приложению 3, °С;

– коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаемый по приложению 4, Вт/(м²∙°C).

В производственных зданиях, предназначенных для сезонной эксплуатации, в качестве расчетной температуры наружного воздуха в холодный период года следует принимать минимальную температуру наиболее холодного месяца, определяемую как среднюю месячную температуру января по приложению 7, уменьшенную на среднюю суточную амплитуду температуры воздуха наиболее холодного месяца по приложению 14, °С.

Нормативные значения сопротивления теплопередаче перекрытий над проветриваемыми подпольями следует принимать по СНиП 2.11.02.

Для определения нормативного сопротивления теплопередаче внутренних ограждающих конструкций при разности расчетных температур между помещениями 6°С и выше в формуле 1.7 следует принимать n = 1, а вместо – расчетную температуру воздуха более холодного помещения.

В тех помещениях, в которых обеспечение температурного перепада связано со значительным увеличением сопротивления теплопередаче и экономически нецелесообразно, допускается конденсация влаги на внутренней поверхности ограждений (например, в помещениях с большими влаговыделениями). Однако в этих случаях должны быть приняты конструктивные меры по предотвращению увлажнения материалов ограждения.

Таблица 1.2. – Приведенное сопротивление теплопередаче окон,

балконных дверей и фонарей

Заполнение светового проема	Приведенное сопротивление теплопередаче Rо, м2 . оС/Вт
	в деревянных или ПВХ переплетах	в алюминиевых переплетах
1. Двойное остекление в спаренных переплетах	0,4	–
2. Двойное остекление в раздельных переплетах	0,44	0,34*

Продолжение таблицы 1.2.

Блоки стеклянные пустотные (с шириной швов 6 мм) размером, мм: 194·194·98 244·244·98	0,31 (без переплета) 0,31 (без переплета)
4. Профильное стекло коробчатого сечения	0,31 (без переплета)
5. Двойное из органического стекла для зенитных фонарей	0,36	–
6. Тройное из органического стекла для зенитных фонарей	0,52	–
7. Тройное остекление в раздельно-спаренных переплетах	0,55	0,46
8. Однокамерный стеклопакет из стекла: обычного с твердым селективным покрытием с мягким селективным покрытием	0,38 0,51 0,56	0,34 0,43 0,47
9. Двукамерный стеклопакет из стекла:
обычного (с межстекольным расстоянием 6 мм)	0,51	0,43
обычного (с межстекольным расстоянием 12 мм)	0,54	0,45
с твердым селективным покрытием	0,58	0,48
с мягким селективным покрытием	0,68	0,52
с твердым селективным покрытием и заполнением аргоном	0,65	0,53
10. Обычное стекло и однокамерный стеклопакет в раздельных переплетах из стекла: обычного с твердым селективным покрытием с мягким селективным покрытием с твердым селективным покрытием и заполнением аргоном	0,56 0,65 0,72 0,69	– – – –
11. Обычное стекло и двухкамерный стеклопакет в раздельных переплетах из стекла: обычного с твердым селективным покрытием с мягким селективным покрытием с твердым селективным покрытием и заполнением аргоном	0,68 0,74 0,81 0,82	– – – –
12. Два однокамерных стеклопакета в спаренных переплетах	0,70	–
13. Два однокамерных стеклопакета в раздельных переплетах	0,74	–
14. Четырехслойное остекление в двух спаренных переплетах	0,80	–

Примечания: 1. К мягким селективным покрытиям стекла относятся покрытия с тепловой эмиссией менее 0,15, а к твердым – более 0,15.

Значения приведенных сопротивлений теплопередаче заполнений проемов даны для случаев, когда отношение площади остекления к площади заполнения светового проема равно 0,75.

2. Значения приведенных сопротивлений теплопередаче, указанные в таблице, допускается применять в качестве расчетных при отсутствии этих значений в стандартах или технических условиях на конструкции или не подтвержденных результатами испытаний.

3. Температура внутренней поверхности конструктивных элементов окон зданий (кроме производственных) должна быть не ниже 3^оС при расчетной температуре наружного воздуха.

4. * – В стальных переплетах.

Методика расчета сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций позволяет решать различные задачи.

Проверка приведенного сопротивления теплопередаче

существующей ограждающей конструкции

В этом случае последовательность расчета включает в себя:

а) составление расчетной схемы и сбор исходных данных (исходными данными являются толщины всех конструктивных слоев ограждения, климатические параметры района строительства, параметры микроклимата, теплотехнические характеристики строительных материалов);

б) определение действительного приведенного сопротивления теплопередаче ограждения ;

в) определение нормируемого значения сопротивления теплопередаче ограждения в зависимости от градусо-суток района строительства по таблице 1.1 или по формуле 1.6 для соответствующих зданий;

г) действительное приведенное сопротивление теплопередаче , сравнивается с нормируемой величиной сопротивления .

Если выполняется условие , то рассматриваемая конструкция удовлетворяет условиям обеспечения теплозащитных качеств. В противном случае принятая конструкция не обеспечивает нормальной эксплуатации помещения.

Проектирование ограждающих конструкций

В этом случае последовательность расчетов включает в себя:

а) составление расчетной схемы и сбор исходных данных (в данном случае задаются толщины всех конструктивных слоев ограждения, кроме одного, который является теплоизоляционным и определяется расчетом);

б) определение нормируемого значения сопротивления теплопередаче в зависимости от количества градусо-суток отопительного периода района строительства по таблице 1.1. или по формуле 1.6. для соответствующих зданий;

в) определение приведенного сопротивления теплопередаче проектируемого ограждения и приравнивание к нормируемой величине сопротивления теплопередаче . Из данного равенства определяется толщина теплоизоляционного слоя ограждения;

г) определение конструктивной толщины теплоизоляционного слоя, исходя из унифицированных размеров штучных материалов, принимаемых в ограждающей конструкции, крупных блоков или панелей, но не менее расчетной толщины с учетом единой модульной системы.