Проектирование тепловой защиты здания

Проектирование  тепловой защиты здания 

В большинстве  стран мира требования к повышению  тепловой защиты зданий и сооружений, основных потребителей энергии, являются важными объектами государственного регулирования. Эти требования рассматриваются  также с точки зрения охраны окружающей среды, рационального использования природных ресурсов и уменьшения влияния «парникового» эффекта и сокращения выделения двуокиси углерода и других вредных веществ в атмосферу.

От теплотехнических качеств наружных ограждений зданий зависят:

а) в отапливаемых зданиях – количество тепла, теряемого  зданием в зимний период;

б) в холодильниках  – количество холода, теряемого  в летнее время, а следовательно, необходимая мощность холодильной  установки и стоимость эксплуатации холодильника;

в) постоянство  температуры воздуха в здании во времени при неравномерной  отдаче тепла системой отопления;

г) защита здания от перегрева в летнее время, особенно в южных районах;

д) температура  внутренней поверхности ограждения, гарантирующая от образования на ней конденсата;

е) влажностный  режим ограждения, влияющий на теплозащитные  качества ограждения и его долговечность.

 Основной  показатель теплозащитных свойств  ограждения     –    степень

сопротивления прохождению через нее тепла. Этот показатель называется сопротивлением теплопередаче.

Сопротивление ограждения теплопередаче R определяет способность ограждения сопротивляться прохождению через него тепла (сопротивление каждого однородного по материалу слоя, составляющего конструкцию ограждения).

Ниже рассматривается методика, и приводятся примеры теплотехнического расчета ограждающих конструкций зданий, выполненные с учетом требований теплозащиты. 
 

ИСХОДНЫЕ  ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ  

НАРУЖНЫЕ  КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ  

Расчетную температуру наружного воздуха , °C, следует принимать по средней температуре наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92 согласно приложение Б  для соответствующего городского или сельского населенного пункта. При отсутствии данных для конкретного пункта расчетную температуру следует принимать для ближайшего пункта, который указан в приложении Б.

Продолжительность отопительного периода  , сут, и среднюю температуру наружного воздуха , °С, в течение отопительного периода следует принимать согласно приложению Б (графы 13 и 14 - для медицинских и детских учреждений, графы 11 и 12 - в остальных случаях) для соответствующего города или населенного пункта. При отсутствии данных для конкретного пункта расчетные параметры отопительного периода следует принимать для ближайшего пункта, который указан в приложении Б . Величину градусо-суток в течение отопительного периода следует вычислять по формуле

,                                                    (1)

 где - расчетная средняя температура внутреннего воздуха, °С..

   
 

ПАРАМЕТРЫ ВНУТРЕННЕЙ СРЕДЫ  

Параметры воздуха  внутри жилых и общественных зданий из условия комфортности следует  определять согласно таблице 1 - для  холодного периода года, и таблице 2 - для теплого периода года. Параметры воздуха внутри зданий производственного назначения следует принимать согласно ГОСТ 12.1.005 и нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений. 

Таблица 1 - Оптимальная температура и допустимая относительная влажность воздуха внутри здания для холодного времени года  

N п.п.	Тип здания	Температура воздуха  внутри здания , °С	Относительная влажность внутри здания ,%, не более
1	Жилые	20-22	55
2	Поликлиники и  лечебные учреждения	21-22	55
3	Дошкольные  учреждения	22-23	55
Примечания   1 Для  зданий, не указанных в таблице,  температуру воздуха  , относительную влажность воздуха внутри зданий и соответствующую им температуру точки росы следует принимать согласно ГОСТ 30494 и нормам проектирования соответствующих зданий.    2 Параметры  микроклимата специальных общеобразовательных  школ-интернатов, детских дошкольных  и оздоровительных учреждений  следует принимать в соответствии  с действующими санитарными правилами и нормами Министерства здравоохранения.

 
 

Таблица 2  - Допустимые температура и относительная влажность воздуха внутри здания для теплого периода года  

N п.п.	Тип здания	Температура воздуха  внутри здания , °С	Относительная влажность внутри здания ,%, не более
1	Жилые	24-28	60
2	Поликлиники и  лечебные учреждения	24-28	60
3	Дошкольные  учреждения	24-28	60

Расчетная относительная  влажность воздуха внутри жилых  и общественных зданий должна быть не выше значений, приведенных в графе 4 таблиц 1 и 2: внутри зданий производственного назначения - по ГОСТ 12.1.005 и нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений.

Обеспеченность  условий эксплуатации ограждающих  конструкций следует устанавливать в зависимости от влажностного режима помещений и зон влажности следующим образом:

• определяют по карте зону влажности (влажная, нормальная, сухая) согласно

приложению А; при этом в случае попадания пункта на границу зон влажности следует выбирать более влажную зону;

• определяют влажностный режим помещений (сухой, нормальный, влажный или мокрый) в зависимости от расчетной относительной влажности и температуры внутреннего воздуха в соответствии с таблицей 3
• устанавливают согласно таблице 4 условия эксплуатации ограждающих конструкций (А или Б) в зависимости от влажностного режима помещений и зон влажности.

 Таблица 3- Влажностный режим помещений зданий

Режим	Влажность внутреннего воздуха, %,при температуре, 0С
	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 60
Влажный	Св. 75	Св.  60  до 75	Св. 50 до 60
Мокрый	-	Св. 75	Св. 60

 Таблица 4 –Условия эксплуатации ограждающих конструкций

Влажностный режим помещений зданий(по таблице 3)	Условия эксплуатации А и Б в зоне влажности (по приложению В)
	сухой	нормальный	влажный
Сухой	А	А	Б
Нормальный	А	Б	Б
Влажный или мокрый	Б	Б	Б

 

Расчетная температура  воздуха внутри жилых и общественных зданий для холодного периода года должна быть не ниже минимальных значений оптимальных температур, приведенных в таблице 1 согласно ГОСТ 30494 и СанПиН 2.1.2.1002. Для остальных зданий, не указанных в таблице 1, параметры воздуха следует принимать по минимальным значениям оптимальной температуры по ГОСТ 30494, ГОСТ 12.1.005 и нормам проектирования соответствующих зданий. Расчетная температура воздуха внутри здания для теплого периода года должна быть не выше допустимых значений, приведенных в таблице 2 согласно ГОСТ 30494.

Температура внутренних поверхностей наружных ограждений здания, где имеются теплопроводные включения (диафрагмы, сквозные включения цементно-песчаного  раствора или бетона, межпанельные стыки, жесткие соединения и гибкие связи в многослойных панелях, оконные обрамления и т.д.), в углах и на оконных откосах не должна быть ниже, чем температура точки росы воздуха внутри здания (таблица 5) при расчетной относительной влажности и расчетной температуре внутреннего воздуха (таблица 1). Для жилых и общественных зданий температура точки росы приведена в таблице 5 при соответствующих минимальных температурах и относительной влажности, приведенных в таблице 1. 

Таблица 5 - Температура точки росы воздуха внутри здания для холодного периода года

N п.п.	Тип здания	Температура точки  росы , °С
1	Жилые, школьные и другие общественные здания (кроме  приведенных в 2 и 3)	10,7
2	Поликлиники и  лечебные учреждения	11,6
3	Дошкольные  учреждения	12,6

 

     

ПРИНЦИПЫ  ОПРЕДЕЛЕНИЯ НОРМИРУЕМОГО УРОВНЯ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ  

В СНиП 23-02 установлены три обязательных взаимно увязанных нормируемых показателя по тепловой защите здания, основанных на:

«а» - нормируемых  значениях сопротивления теплопередаче  для отдельных ограждающих конструкций  тепловой защиты здания;

«б» - нормируемых  величинах температурного перепада между температурами внутреннего  воздуха и на поверхности ограждающей  конструкции и температурой на внутренней поверхности ограждающей конструкции  выше температуры точки росы;

«в» - нормируемом удельном показателе расхода тепловой энергии на отопление, позволяющем варьировать величинами теплозащитных свойств ограждающих конструкций с учетом выбора систем поддержания нормируемых параметров микроклимата.

Требования СНиП 23-02 будут выполнены, если при проектировании жилых и общественных зданий будут соблюдены требования показателей групп «а» и «б» либо «б» и «в», и для зданий производственного назначения - показателей групп «а» и «б». 
 

Определить  толщину наружной стены из мелкоразмерных элементов для Рязанской области. 

Вариант1 ( для жилых и  общественных зданий со стенами из глиняного  кирпича) 

1. Из ариложения А определяем зону влажности (влажная, нормальная, сухая), к  которой относится  район строительства, где расположен строительный объект.

                  Для Рязанской области зона  влажности – нормальная.

2. Параметры воздуха внутри жилых и общественных зданий из условия 

комфортности  определяют по таблице 1 – для холодного  периода года   

для  жилых  и общественных зданий

t_int   = 20 – 22 º С;   φ_int = 55%; 

В связи с  этим режим помещений принимается  нормальный

3. По таблице 4 определяем условия эксплуатации ограждающей конструкции в зависимости от зоны влажности и режима помещений. Для нормальной зоны, где находится Рязанская область и нормального режима помещений, определенного в пункте 2, условия эксплуатации ограждающей конструкции – Б.
4. Выбираем конструкцию стены и толщины в м всех слоев многослойной  системы наружного утепления (см. рис. 1):

 

                                                                                                                                         

                                                                                  наружная штукатурка из цементно-

                                                                                 песчаного раствора  ρ = 1800 кг/м³,

                                                                                  δ =  0,02 м, λ = 0,93 Вт/(м º С)

                                                                                   

                                                                         теплоизоляционная плита:                            

                                                                           экструзионный  пенополистирол 

           _                                    +                                     «Пеноплэкс», тип 35,  ρ =  35 кг/м³,                                                                                                                                                              

                                                                                        δ = C м, λ = 0,03 Вт/(м º С)                                                                        

                                                                                              кирпич глиняный обыкновенный  на  

                                                                                              цементно- песчаном растворе  ρ   =1800

                        20      C    510    20                                       кг/м³, δ = 0,51 м, λ=0,81 Вт/(м ºС)  

                      Рис. 1                                                 внутренняя штукатурка  из известково- 

                                                                     цементного раствора  ρ = 1700 кг/м³,

                                                                                   δ =  0,02 м, λ = 0,87 Вт/(м  º  С)

 

5. По приложению В находим значения коэффициентов

теплопроводности  каждого слоя.  

6. Для заданного района по приложению Б  устанавливаем температуру наиболее  холодной пятидневки t _ext ,  º С, среднюю температуру t _{ht  ,} º С и  продолжительность   z _ht , сут , отопительного периода со средней суточной температурой ниже и равной 8 º при проектировании жилых и общественных зданий и не более 10 º при  проектировании детских учреждений.

                  Для   Рязанской области    t _ext  = - 27 º C,         

                     для  жилых и общественных зданий 

                      t _ht    = - 3,5  º C,   z _ht = 208 сут.,

Градусо –  сутки отопительного периода  D_d , º C · сут, определяют по   

формуле

                                D_d     = ( t_int   - t _ht      )  z _ht    ,                                           ( 1 ) 

     где  t_int   - расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания,  º С,

                     принимаемая  для расчета ограждающих  конструкций группы 

                     зданий по поз. 1 таблицы 4 по  минимальным  значениям

                     оптимальной температуры соответствующих  зданий по ГОСТ 

                     30494  ( в интервале 20 – 22 º  С), для группы зданий по поз. 2

                     таблицы 4 – согласно классификации  помещений и 

                     минимальных значений оптимальной температуры по ГОСТ

                     30494 (в интервале 16 – 21 º С);

     t _ht   , z _ht   - средняя температура наружного воздуха,  º С, и

                      продолжительность отопительного  периода, принимаемые по

                      приложению Б  для периода  со средней суточной температурой 

                      наружного воздуха не более  10 º  С – при проектировании 

                      лечебно – профилактических, детских  учреждений и домов – 

                      интернатов для престарелых, и не более 8º С – в остальных

                      случаях.      

            Определяем   градусо – сутки  отопительного периода         

 для жилых и общественных зданий  

 D_d   = (20 – ( - 3,5) ) · 208 = 4888, º C · сут.

7. По таблице приложению Д находим нормируемые значения сопротивления теплопередаче R_req  , м²·ºC/Вт в зависимости от градусо – суток района строительства,  используя    формулу   

     R_req   = a D_d  + b                                                         

для стен  жилых  и общественных зданий                                                  

R_req   = 0,00035 · 4888 + 1,4 = 3,11 м²·ºC/Вт

Приведенное сопротивление теплопередаче  R₀, м² · ºС/Вт, ограждающих конструкций следует принимать не менее нормируемых значений    R_req , м² · ºС/Вт.   

Сопротивление теплопередаче R₀ , м² · ºС/Вт ограждающей  

конструкции с однородными слоями определяют по формуле 

R₀  = R_{si    +}       R_{k     +}        R_se,                                             ( 2 )

где R_si = 1/α_int – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности

 ограждающей конструкции, Вт/(м²·ºС), принимаемый  по таблице 6 ; для стен

   α_int = 8,7 Вт/(м²·ºС);

 R_se = 1/ α_ext -  коэффициент теплоотдачи наружной поверхности

 ограждающей конструкции для условий холодного периода, Вт/(м²·ºС),

 принимаемый по таблице 7; для стен  

   α_ext  = 23          Вт/(м²·ºС); 
 
 
 

Таблица 6- Коэффициент  теплоотдачи внутренней поверхности  ограждающих конструкций α_int  

Внутренняя  поверхность ограждения	Коэффициент теплоотдачи αint ,Вт/м20С
1. Стен, полов, гладких потолков, потолков  с выступающими ребрами при  соотношении высоты h к расстоянию  между гранями соседних ребер  h/а £ 0.3	8.7
2. Потолков с выступающими ребрами  при соотношении высоты h к расстоянию  между гранями соседних ребер h/а >0.3	7.6
3. Окон	8.0
4. Зенитных фонарей	9.9

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Таблица 7- Коэффициент  теплоотдачи наружной поверхности  для условий холодного периода  

N  п.п.	Наружная поверхность  ограждающих конструкций	Коэффициент теплоотдачи , Вт/(м ·°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	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

 

    

R_k  - термическое сопротивление ограждающей конструкции с

последовательно расположенными однородными слоями,  м² · ºС/Вт.        

Термическое сопротивление ограждающей конструкции R_k , м² · ºС/Вт, с     

последовательно расположенными однородными слоями следует 

определять  как сумму термических сопротивлений  отдельных слоев

 R_k    =  R₁      +     R ₂    +  … + R_n                                  ( 3 )        

где R₁ , R ₂ , R_n - термическое сопротивление отдельных слоев

        ограждающей    конструкции  ,м² ·   º С/Вт;

Термическое сопротивление R, м²·ºС/Вт, однородного слоя

многослойной ограждающей конструкции, а также однослойной     

ограждающей конструкции следует определять по формуле

                                   R =  δ / λ          ,                                                               ( 4 )

       где       δ    - толщина слоя, м;

             λ   - расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м· º С),                    принимаемый по приложению В

8. Проводим проверочный расчет на выполнение условия  R₀ > R_req для выбранной конструкции стены

 

                   1         0,02        C     0,51     0,02       1

   R_req =R₀  = ---- +   -------- + ----- + ------ + ------ + ----- = 3.11

                  8,7       0, 93      0,03    0,81     0,87       23 

0,115 + 0,022 +C /0.03+ 0,63 + 0,017 + 0,023 = 3,11 м² · ºС/Вт

C=0.069 м 

 С учетом размеров слоев назначаем толщину  данной конструкции стены 510+70=580 мм, добавляя утеплитель до 70 мм

R₀₌1/8.7+0.02/0.93 +0.07 /0.03+0.51 /0.81+0.02/0.87+1/23=3.14

 R₀  = 3.14м² · ºС/Вт > R_req = 3,11 м² · ºС/Вт, условие выполняется.