Теплозащитные свойства ограждающих конструкций зданий

Введение

     В соответствии с изменениями № 3 СНиП II-3-79* «Строительная теплотехника», введенными 1995 г., требуемый уровень теплозащитных качеств наружных стен необоснованно завышен в 3-3,5 раза. В большинстве регионов страны его можно обеспечить применением только мягких утеплителей с недостаточно изученной долговечностью в климатических условиях России. Расходы на ремонт таких стен значительно превышают экономию от снижения энергозатрат на отопление зданий.

     Введенный в действие СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» взамен СНиП II-3-79* не решил возникших проблем, поскольку в нем сохранены те же завышенные требования к теплозащитным качествам наружных стен зданий. Сложилось положение, при котором новая система нормирования теплозащитных качеств наружных ограждающих конструкций не удовлетворяет современную строительную практику и ограничивает применение новых отечественных теплоэффективных, долговечных, огнестойких керамических, ячеистобетонных, полистиролбетонных, пенополиуретановых (с наполнителями), легких керамзитобетонных материалов, альтернативных мягким минераловатным, пенополистирольным. Это обусловило необходимость разработки нового стандарта. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Теплозащитные свойства ограждающих  конструкций зданий

     К ограждающим конструкциям относятся  наружные стены, полы на грунте, внутренние стены и перегородки между  помещениями с различной температурой внутреннего воздуха, покрытия над верхними этажами, перекрытия над подвалами, техническими подпольями и проездами, заполнения проемов (окна, витражи, витрины, фонари, двери, ворота).

     Ограждающие конструкции совместно с системами  отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха должны обеспечивать нормируемые значения температуры, относительной влажности воздуха в помещениях при оптимальном энергопотреблении.

     В целях сокращения энергопотребления  в зимний период на создание нормируемых  параметров микроклимата помещений при проектировании зданий следует предусматривать:

     а) объемно-планировочные решения с  учетом обеспечения наименьшей площади  наружных ограждающих конструкций  и минимально возможным соотношением периметра стен к площади здания;

     б) расположение зданий на генеральном плане застройки с учетом розы ветров и требований по инсоляции помещений и озеленению территории;

     в) применение конструкций окон с повышенными  теплозащитными качествами, пониженной воздухопроницаемостью притворов  и фальцев, а также с теплоотражающими пленками и покрытиями;

     г) рекуперацию теплоты вентиляционных выбросов с использованием ее на подогрев приточного воздуха при наличии  механической вентиляции;

     д) применение поквартирного учета  расхода тепловой энергии и более  эффективных отопительных приборов и систем отопления с местным и пофасадным регулированием температурного режима;

     е) рациональное применение эффектных  теплоизоляционных материалов для  повышения теплозащитных качеств, без снижения долговечности наружных стен.

     Расчетные параметры воздуха в помещениях для расчета теплозащитных качеств наружных ограждающих конструкций жилых, общественных, административных и бытовых зданий следует принимать по таблице 1, составленной согласно ГОСТ 30494. Для помещений зданий, не указанных в таблице 1, параметры воздуха следует принимать по СанПиН 2.1.2.1002, ГОСТ 30494, ГОСТ 12.1.005 и нормам проектирования соответствующих зданий.

     Параметры воздуха в помещениях производственного  назначения, а также с влажным и мокрым режимами общественных зданий следует принимать согласно ГОСТ 12.1.005, ГОСТ 2.04.005 и нормам технологического проектирования соответствующих зданий.

     Температура внутренних поверхностей углов стен, оконных откосов, теплопроводных включений  в стенках и панелях в виде диафрагм из бетона или металла, межпанельных стыков, гибких связей, оконных обрамлений не должна быть ниже температуры точки росы воздуха, замеренной на расстоянии 10 см от внутренней поверхности стены при расчетной температуре, относительной влажности воздуха, приведенных в таблице 1.

  Таблица 1 - Расчетные параметры воздуха в помещениях зданий

№

п.п.

 Здания, помещения Температура воздуха, °С Относительная влажность воздуха, % Температура, °С, воздуха на расстоянии 10 см от наружной стены Расчетная температура точки росы на внутренней поверхности наружной стены, °С
оптимальная допустимая предлагаемая  расчетная допустимая предлагаемая  расчетная для температуры точки  росы
1 Жилые здания (жилые  помещения) 20-22 18-24 20 35-60 55 18 8,8
2 То же, в районах  с температурой наиболее холодной пятидневки (обеспеченностью 0,92) минус 31 °С и ниже 21-23 20-24 22 35-60 55 20 10,7
3 Детские дошкольные учреждения (раздевальная, спальня, туалет) 21-23 20-24 24 35-60 55 22 12,6
4 То же, в районах  с температурой наиболее холодной пятидневки (обеспеченностью 0,92), минус 31 °С и ниже 22-24 21-25 25 35-60 55 23 13,5
5 Общественные  здания, кроме указанных выше, административные и бытовые, за исключением помещений  с влажным и мокрым режимами:              
  а) помещения, в  которых люди в положении лежа или сидя находятся в состоянии покоя и отдыха; 20-22 18-24 23 35-60 55 21 11,6
  б) помещения, в  которых люди заняты умственным трудом, учебой 19-21 18-23 22 35-60 55 20 10,7
  в) помещения  с массовым пребыванием людей, в  которых люди находятся преимущественно в положении сидя без уличной одежды 20-21 19-23 20 35-60 55 18 8,8
  г) помещения  с массовым пребыванием людей, в  которых люди находятся 14-16 12-17 15 35-60 55 14 5,1
  преимущественно в положении сидя в уличной  одежде              
  д) помещения  с массовым пребыванием людей, в которых люди находятся преимущественно в положении стоя без уличной одежды 18-20 16-22 17 35-60 55 16 7,0
  е) помещения  для занятия подвижными видами спорта 17-19 15-21 15 35-60 55 14 5,1

     Расчетную температуру наружного воздуха  следует принимать соответствующей средней температуре наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92 согласно СНиП 23-01 для определенного района строительства.

     Продолжительность отопительного периода zот.пер, сут и среднюю температуру наружного воздуха tот.пер , °C, следует принимать согласно СНиП 23-01 (таблица 1, графы 13, 14 для больниц, школ и дошкольных учреждений, графы 11,12 - для других зданий). При отсутствии данных для конкретного пункта расчетные параметры отопительного периода следует принимать для ближайшего пункта, который указан в СНиП 23-01.

     Влажностный режим помещений зданий в холодный период года в зависимости от относительной влажности и температуры внутреннего воздуха следует устанавливать по таблице 2.

     Таблица 2 - Влажностный режим помещения зданий

Влажностный режим  помещения Относительная влажность внутреннего воздуха, %, при температуре, °С
До 12 Св. 12 до 24 Св.24
Сухой До 60 До 50 До 40
Нормальный Св. 60 до 75 Св. 50 до 60 Св. 40 до 50
Влажный Св.75 Св. 60 до 75 Св. 50 до 60
Мокрый - Св.75 Св.60

     Условия эксплуатации ограждающих конструкций  А и Б в зависимости от влажностного режима помещений и зон влажности  района строительства для выбора теплотехнических показателей строительных материалов наружных ограждений следует  устанавливать по таблице 3. Зоны влажности территории России следует принимать по приложению 2.

     Таблица 3 - Условия эксплуатации ограждающих конструкций

Влажный режим  помещений зданий (по таблице 2) Условия эксплуатации А и Б в зонах  влажности (по приложению 2)
Сухой Нормальной Влажной
Сухой А А Б
Нормальный А Б Б
Влажный или мокрый Б Б Б

     Расчетные теплотехнические показатели строительных материалов при проектировании теплозащитных  качеств наружных ограждающих конструкций  принимают из приложений 3, 4 для условий эксплуатации А и Б. Эти показатели установлены по данным сертификационных испытаний в аккредитованных лабораториях, СНиП II-3, СП 23-101, а также из таблиц, приведенных в соответствующих разделах и приложениях настоящего стандарта.

Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций

     Требуемое приведенное сопротивление теплопередаче  , наружных ограждающих конструкций, за исключением заполнений проемов, должно быть не менее требуемого из условий обеспечения санитарно-гигиенической безопасности проживания людей , и нормативного приведенного сопротивления теплопередаче , из условий энергосбережения и долговечности (таблица 7).

     Требуемое приведенное сопротивление теплопередаче наружных ограждающих конструкций из условий обеспечения санитарно-гигиенической безопасности проживания людей следует определять по формуле

       (1)

     где n - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху по таблице 4;

     tB - расчетная температура внутреннего воздуха, °С, принимаемая по таблице 1 или ГОСТ 30494, ГОСТ 12.1.005, СанПиН 2.1.2.1002;

     tH - расчетная зимняя температура наружного воздуха, °С, принимаемая равной температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по СНиП 23-01;

     ΔtH - нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, °С, принимаемый по таблице 5;

     αB - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемый по таблице 6.

     Нормативное приведенное сопротивление теплопередаче  установлено из условий экономии энергозатрат на отопление зданий в результате повышения уровня теплозащитных качеств наружных стен за вычетом затрат на дополнительную теплоизоляцию и капитальные ремонты в пределах прогнозируемой долговечности (см. таблицу 7).

     Сопротивление теплопередаче наружных ограждающих  конструкций (за исключением заполнений проемов) помещений с избытками  явной теплоты должно быть не менее  , определяемого по формуле (1).

     Приведенное сопротивление теплопередаче перекрытий над проездами, подвалами и подпольями, а также покрытиями должно быть не менее требуемого приведенного сопротивления  теплопередаче, определяемого по формуле  (1) с соответствующими значениями n, ΔtH, αB.

     Таблица 4 - Значения коэффициента n

Ограждающие конструкции Коэффициент n
1 Наружные стены  и покрытия (в том числе вентилируемые  наружным воздухом), перекрытия чердачные (с кровлей из штучных материалов) и над проездами; перекрытия над холодными (без ограждающих стенок) подпольями в северной строительно-климатической зоне 1
2 Перекрытия  над холодными подвалами, сообщающимися  с наружным воздухом; перекрытия чердачные (с кровлей из рулонных материалов); перекрытия над холодными (с ограждающими стенками) подпольями и холодными этажами в северной строительно-климатической зоне 0,9
3 Перекрытия  над неотапливаемыми подвалами  со световыми проемами в стенах 0,75
4 Перекрытия  над неотапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенными выше уровня земли 0,6
5 Перекрытия  над неотапливаемыми техническими подпольями, расположенными ниже уровня земли 0,4

     Таблица 5 - Нормируемые величины температурного перепада ΔtH

Здания и помещения Нормируемый температурный перепад ΔtH, °С, для
наружных  стен покрытий и  чердачных перекрытий перекрытий  над проездами, подвалами и подпольями
1. Жилые, лечебно-профилактические  и детские учреждения, школы, интернаты 6,0 3,0 2,0
2 Общественные, кроме указанных в п. 1, административные и бытовые, за исключением помещений с влажным или мокрым режимом 6,0 4,0 2,5
3. Производственные с сухим режимом tB - tp, но не более 10 0,8 (tB - tp), но не более 8 2,5
4. Производственные с нормальным  режимом tB - tp, но не более 8 0,8 (tB - tp), но не более 7 2,5
5. Производственные и другие помещения  с влажным или мокрым режимом tB - tp 0,8 (tB - tp) 2,5
6. Производственные здания со значительными  избытками явной теплоты более  23 Вт/м3 и расчетной относительной  влажностью внутреннего воздуха не более 50 % 12 12 2,5
     Примечания:

     1. tB - то же, что и формуле (1).

     2. tp - температура точки росы, °С, при расчетных температуре и относительной влажности внутреннего воздуха, принимаемым по ГОСТ 12.1.005, СНиП 41-01 и нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений.

     3. Для зданий картофеле- и овощехранилищ  ΔtH для наружных стен, покрытий и чердачных перекрытий следует принимать по СНиП 2.11.02.

     Таблица 6 - Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждений αв

Внутренняя  поверхность ограждающих конструкций Коэффициент теплоотдачи  αB, Вт/(м2·°С)
1. Стен вертикальных и с углом  наклона более 60° 6,75
2. Полов, гладких потолков. Потолков  с выступающими ребрами при  отношении высоты h ребер к расстоянию а между гранями соседних ребер h/a ≤ 0,3 8,7
3. Потолков с выступающими ребрами  при отношении h/a ≥ 0,3 7,6
4. Окон с нагревательным прибором 10,7
5. Зенитных фонарей 9,9
     Примечание. Коэффициент теплоотдачи αB внутренней поверхности ограждающих конструкций животноводческих, птицеводческих и звероводческих зданий следует принимать в соответствии со СНиП 2.10.03.

     Таблица 7- Нормативное приведенное сопротивление теплопередаче наружных стен из условий энергосбережения и долговечности

Продолжительность эксплуатации наружных стен до первого  капитального ремонта (в годах) из таблицы 16 Расчетная температура наружного воздуха  наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92 tH, °C
-10 -20 -25 -30 -40 -50
Нормативное приведенное сопротивление теплопередаче наружных стен
80; 75; 70 0,74 0,99 1,11 1,24 1,48 1,73
65 0,88 1,18 1,32 1,48 1,75 2,05
60 0,95 1,27 1,42 1,60 1,89 2,21
55 1,00 1,33 1,50 1,73 2,00 2,32
50 1,05 1,40 1,57 1,79 2,10 2,44
45 1Д5 1,53 1,72 1,93 2,30 2,68
40 1,20 1,60 1,80 2,00 2,40 2,80
35 и менее 1,40 1,80 2,00 2,20 2,60 3,00
     Примечания:

     1. Промежуточные значения следует  определять интерполяцией.

     2. Превышать верхний предел  наружных стен (нижняя строка таблицы) нецелесообразно из экономических условий.

     Приведенное сопротивление теплопередаче внутренних ограждающих конструкций (стен, перегородок, перекрытий) между помещениями с  нормируемой температурой воздуха  при разности температур воздуха  в этих помещениях более 6 °С должно быть не менее требуемого, определяемого по формуле (1).

     Для установления требуемой толщины  теплоизоляционного слоя при проектировании наружных стен, панелей покрытий и  перекрытий определяют условное сопротивление теплопередаче по формуле

        (2)

     где r - коэффициент теплотехнической однородности наружных ограждений, определяется расчетом по температурным полям или экспериментальным способом по ГОСТ 26254. Для определения ориентировочного значения наружного ограждения в качестве первого варианта следует принимать значения r, приведенные в таблице 8.

     Таблица 8 - Значения коэффициента теплотехнической однородности r для различных конструкций наружных ограждений

  Конструкции наружных ограждений Коэффициент r
1. Сплошная кладка из крупноформатных пустотелых пористых керамических камней 0,98
2. Сплошная кладка из пустотелого керамического, силикатного  камня 0,97
3. Сплошная кладка из полнотелого и пустотелого  керамического, силикатного обыкновенного и утолщенного кирпича 0,95
4. Сплошная кладка из полнотелого и пустотелого  керамического, силикатного обыкновенного  и утолщенного кирпича и камня, утепленная пенополиуретаном, напыляемым толщиной 30-35 мм 0,95
5. Облегченная кладка из полнотелого, пустотелого керамического силикатного кирпича или камня с внутренним слоем из плитного эффективного утеплителя с гибкими стальными связями или сетками 0,75
6. Облегченная кладка из полнотелого, пустотелого керамического  кирпича или камня с внутренним слоем из плитного эффективного утеплителя с поперечными связями 0,50
7. Кладка из полистиролбетонных блоков с арматурой в растворных швах, отштукатуренная по металлической  сетке с обеих сторон 0,87
8. Кладка полистиролбетонных блоков, облицованная с наружной стороны в полкирпича с поперечными металлическими сетками в растворных швах 0,85
9. Однослойные легкобетонные  панели с монтажной арматурой 0,90
10. Легкобетонные панели с термовкладышами и монтажной  арматурой 0,75
11. Трехслойные железобетонные панели с эффективным утеплителем и гибкими стальными связями 0,70
12. Трехслойные железобетонные панели с эффективным утеплителем  и железобетонными шпонками или  поперечными ребрами из керамзитобетона 0,60
13. Трехслойные железобетонные панели с эффективным утеплителем и поперечными железобетонными ребрами 0,50
14. Трехслойные металлические  панели с эффективным утеплителем 0,75
15. Трехслойные асбоцементные  панели с эффективным утеплителем 0,70
16. Железобетонные, кирпичные конструкции с плитным утеплителем, закрепленным дюбелями, оштукатуренные по капроновой или металлической сетке (термофасад) 0,90
17. Железобетонные  и кирпичные конструкции (δ = 20-25 см) с плитным эффективным утеплителем, с вентилируемой воздушной прослойкой и облицовочным слоем (массой не более 20 кг/м2) на подконструкции, прикрепленной к стене двумя (на 1 м2 стены) стальными кронштейнами (вентилируемый фасад здания) 0,85
18. Железобетонные  и кирпичные конструкции (δ = 20-25 см) с плитным эффективным утеплителем, с вентилируемой воздушной прослойкой и облицовочным слоем (массой не более 20 кг/м2) на подконструкции, прикрепленной к стене двумя (на 1 м2 стены) алюминиевыми кронштейнами с термической прокладкой (вентилируемый фасад здания) 0,70
19. Железобетонные и кирпичные конструкции (δ = 20-25 см) с плитным эффективным утеплителем, с вентилируемой воздушной прослойкой и облицовочным слоем (массой не более 30 кг/м2) на подконструкции, прикрепленной к стене тремя (на 1 м2 стены) стальными кронштейнами (вентилируемый фасад здания) 0,80
20. Железобетонные  и кирпичные конструкции (δ = 20-25 см) с плитным эффективным утеплителем, с вентилируемой воздушной прослойкой и облицовочным слоем (массой не более 30 кг/м2) на подконструкции, прикрепленной к стене тремя (на 1 м2 стены) алюминиевыми кронштейнами (вентилируемый фасад здания) 0,60
21. Железобетонные  и кирпичные конструкции (δ = 20-25 см) с плитным эффективным утеплителем, с вентилируемой воздушной прослойкой и облицовочным слоем (массой не более 30 кг/м2) на подконструкции, прикрепленной к стене металлическими кронштейнами (≥ 4 шт/м2 стены) (вентилируемый фасад здания) От 0,55 до 0,30
22. Конструкции чердачных  перекрытий и над подвалами:  
  а) из железобетонных панелей с плитным эффективным  утеплителем 0,80
  б) из железобетонных плит по металлическим балкам с плитным эффективным утеплителем 0,50
  в) из деревянных элементов (балок, брусьев) с плитным  эффективным утеплителем 0,90

     После установления по формуле (2) требуемой толщины теплоизоляционных слоев рассчитывается по температурным полям приведенное сопротивление теплопередаче Ro.пр наружного ограждения для конкретного проектного решения здания и сравнивается с нормативным приведенным сопротивлением теплопередаче . Принятое конструктивное решение наружного ограждения проверяется расчетом на невыпадение конденсата на внутренней поверхности углов и теплопроводных включений.

     Термическое сопротивление R, м2·°С/Вт, слоя многослойной ограждающей конструкции, а также однородной (однослойной) ограждающей конструкции следует определять по формуле

       (3)

     где δ- толщина слоя, м;

     λ - расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м·°С).

     Сопротивление теплопередаче Rо, м2·°С/Вт, ограждающей конструкции следует определять по формуле

       (4)

     где αB - то же, что и в формуле (1);

     RK - термическое сопротивление ограждающей конструкции, м2·°С/Вт, определяемое: однородной (однослойной) - по формуле (3), многослойной - в соответствии с пп. 5.11 и 5.13;

     αH - коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающей конструкции, Вт/( м2·°С), принимаемый по таблице 9.

     Таблица 9 - Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции αH

  Наружная поверхность  ограждающих конструкций Коэффициент теплоотдачи  для зимних условий αH, Вт/(м2·°С)
1. Наружных стен, покрытий, перекрытий над проездами и над холодными (без ограждающих стенок) подпольями в северной строительно-климатической зоне 23
2. Перекрытий  над холодными подвалами, сообщающимися  с наружным воздухом, перекрытий над  холодными (с ограждающими стенками) подпольями и холодными этажами в северной строительно-климатической зоне 17
3. Перекрытий  чердачных и над неотапливаемыми  подвалами со световыми проемами в стенах, а также наружных стен с воздушной прослойкой, вентилируемой  наружным воздухом 12
4. Перекрытий  над неотапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенных выше уровня земли, и над неотапливаемыми техническими подпольями, расположенными ниже уровня земли 6