Расчет теплопотерь здания руководство

Теплотехнический расчет здания: специфика и формулы выполнения вычислений + практические примеры

Зачем делать расчет теплопотерь?

Когда же делают расчет потерь тепла в доме? Расчет теплопотерь обязателен при проектировании систем отопления, систем вентиляции, воздушных отопительных систем. Расчетные температуры берут из нормативных документов. Значение внешней температуры воздуха отвечает температуре наружного воздуха наиболее холодной пятидневки. Внутреннюю температуру берут или ту, которую желаете, или из норм, для жилых помещений это 20+-2°С.

Исходными данными для расчета служат: внешняя и внутренняя температура воздуха, конструкция стен, пола, перекрытий, назначение каждого помещения, географическая зона строительства. Все тепловые потери на прямую зависят от термического сопротивления ограждающих конструкций, чем оно больше, тем меньше теплопотери.

Для обеспечения комфортных условий пребывания людей в помещении нужно чтобы было правдивым уравнение теплового баланса 

           Qп+ Qо+ Qс+ Qк= Qср+ Qос+ Qпр+ Qлюд,       

где Qп–теплопотери через пол, Qо–теплопотери через окна, Qс–теплопотери через стену, Qк- теплопотери через крышу, Qср–теплопоступления от солнечной радиации, Qос–теплопоступления от отопительных систем, Qпр–теплопоступления от приборов, Qлюд–теплопоступления от людей.

На практике же, уравнение упрощается и все утраты компенсирует система отопления, независимо водяная или воздушная. 

Ручной расчет теплопотерь

Чтобы рассчитать теплопотери дома ручным способом, понадобится найти значения утечки тепла через ограждающую конструкцию, вентиляцию и канализационную систему.

Теплопотери через ограждающую конструкцию

У любого здания окружающая конструкция состоит из разных слоев материала. Поэтому для более точного расчета, необходимо найти теплопотери для каждого слоя отдельно. Вычисляются они по следующей формуле – Q окр.к. = (A / D) *dT, где:

  • D – сопротивление теплового потока;
  • dT – разность наружной и внутренней температуры помещения;
  • А – площадь здания.

Все значения измеряются соответствующими приборами, а для нахождения сопротивления теплового потока, применяется формула — D = Z / Кф., где: Кф. – коэффициент теплопроводности материала (он производителями указан в паспорте материала), а Z – толщина его слоя.

Если здание состоит из нескольких этажей, посчитать ручным способом теплопотери через ограждающую конструкцию будет достаточно долго и неудобно. В связи с этим, можно будет воспользоваться следующей таблицей, где специалисты вывели средние

Неугловая комната. Комната, у которой угол граничит с улицей. Неугловая комната.
Кирпичная стена шириной — 67 см. и с внутренней отделкой. штукатурки. -25 -27 -29 -31 77 84 88 90 76 82 84 86 71 76 79 81 67 72 76 77
Кирпичная стена шириной — 54 см. с внутренней отделкой. -25 -27 -29 -30 92 98 103 104 91 97 101 102 83 87 92 94 80 88 90 91
Деревянная стена шириной — 25 см с внутренней обшивкой. -25 -27 -29 -30 62 66 68 70 61 64 66 67 56 59 61 62 53 57 58 60
Деревянная стена шириной — 20 см с внутренней обшивкой. -25 -27 -29 -30 77 84 88 89 77 82 85 87 70 76 79 80 67 73 76 77
Каркасная стена шириной — 20 см. с утеплителем. -25 -27 -29 -30 63 66 69 71 61 64 67 69 56 59 62 63 55 57 60 62
Пенобетонная стена шириной — 20 см с внутренней отделкой. -25 -27 -29 -30 93 98 102 105 90 95 99 102 88 89 91 94 81 85 89 91

Утечка тепла через вентиляцию

У каждого помещения через ограждающую конструкцию, циркулирует поток воздуха. Чтобы рассчитать, сколько происходит теплопотерь при вентиляции, используется формула тепловых зданий:

Qвент. = (В* Кв / 3600)* W * С *dT, где:

  • В — кубические метры длинны и ширины помещения;
  • Кв — кратность подаваемого и удаляемого воздуха помещения за 1 час;
  • W — плотность воздуха = 1,2047 кг/куб. м;
  • С — теплоемкость воздуха = 1005 Дж/кг*С.

В зданиях с паропроницаемыми ограждениями, воздухообмен происходит – 1 раз в час. У зданий, которые выполнены по «Евростандарту», кратность подаваемого и удаляемого воздуха увеличивается до – 2. Таким образом, обмен воздуха за 1 час происходит 2 раза.

Утечки тепла через канализацию

Для комфортного проживания жильцы домов нагревают воду для быта и гигиены. Также частично от окружающей среды нагревается вода в бочке и сифоне унитаза. Все полученное тепло после эксплуатации вместе с водой уходит через стоки трубопровода

Поэтому очень важно рассчитать теплопотери дома, расчет производится по следующей символической формуле:

Qкан. = (Vвод. * T * Р * С * dT) / 3 600 000, где:

  • Vвод. — общий потребляемый кубический объем воды за 30 дней;
  • Р — плотность жидкости = 1 тонна/куб. м;
  • С — теплоемкость жидкости = 4183 Дж/кг*С;
  • 3 600 000 — величина джоулей (Дж) в 1-м кВт*ч.;
  • dT — разность температуры между поступающей и нагретой водой.

Подсчет dT проводится следующим образом. Допустим, при поступлении в помещение вода имеет температуру +8 градусов, после нагрева ее температура составляет + 30 градусов. Следовательно, чтобы найти разницу, нужно из 30 вычесть 8. Получившийся итог 21 градус и следует принимать за dT.

Полученные результаты теплопотерь через вентиляцию, ограждающие конструкции и канализацию необходимо сложить вместе. Получившаяся сумма и будет примерное количество теплопотерь дома.

Как рассчитать теплопотери дома?

В большой мере на сохранение температур влияет надежность установленных окон и само расположение помещения относительно всей постройки. При указании нужного типа остекления стоит знать, что обычные стекла, а не стеклопакеты могут быть главной причиной теплопотерь. Отсутствие теплоизоляции стен в кирпичном строении недопустимо за счет неплохого сохранения температур материалом, способным поддерживать нужный режим в комнатах. Обычные помещения из железобетонных плит или бетонных блоков в недостаточной мере задерживают тепло.

Специальный калькулятор расчета теплопотерь стен дома учитывает и соотношение площади окон относительно площади пола. Чем выше получаемый процент, тем больше коэффициент потерь тепла. Подсчет производится суммированием площади всех окон в комнате и определением их процентного соотношения относительно площади пола.

Температура снаружи учитывается по средним показателям во время зимнего периода. Количество стен, которые выходят наружу, напрямую сказываются на сохранности заданных температур: именно через стены происходит наибольшая отдача тепла. Поэтому точный расчет теплопотерь дома можно получить только при правильном задании параметров комнаты.

Указание типа помещения, размеров стен, пола и потолка необходимы для корректного расчета потери тепла для каждой плоскости. Это позволит калькулятору провести суммирование и, опираясь на дополнительные данные (количество и тип остекления окон, утепление стен) получить правильный результат.

Расчеты: откуда наибольшие теплопотери в каркасном утепленном доме и как их снизить с помощью прибора

Наиболее важный процесс в проектировании обогрева – расчеты будущей системы. Ведется расчёт теплопотерь через ограждающие конструкции, определяются дополнительные потери и поступления тепла, определяется необходимое количество обогревательных приборов выбранного типа и т.д. Расчет коэффициента теплопотерь дома должен делать опытный человек.

Уравнение теплового баланса играет важную роль в определении теплопотерь и разработки способов их компенсации. Формула теплового баланса приведена ниже:

V –объем помещения, вычисляемый с учетом площади помещения и высоты потолков. T – разница между внешней и внутренне температурой здания. К – коэффициент потери тепла.

Формула теплового баланса дает не самые точные показатели, потому применяется редко.

Основное значение, которое используется при вычислении – тепловая нагрузка на обогреватели. Для ее определения используются значения потерь тепла и мощности обогревательного котла. Формула тепловой мощности позволяет рассчитать то количество тепла, которое будет вырабатывать система обогрева, имеет вид:

Теплопотери объема ( ) умножаются на 1.2. Это запасной тепловой коэффициент – константа, помогающая компенсировать некоторые теплопотери, носящие случайный характер (длительное открытие дверей или окон и др.).

Рассчитать потери тепла достаточно сложно. В среднем, различные ограждающие конструкции способствуют потери разного количества энергии. 10 % теряется сквозь крышу, 10% — сквозь пол, фундамент, 40% — стены, по 20% — окна и плохая изоляция, система вентиляции и др. Удельная тепловая характеристика различных материалов неодинакова. Потому в формуле прописаны коэффициенты, позволяющие учесть все нюансы. Таблица ниже показывает значения коэффициентов, необходимые, чтобы провести расчёт количества теплоты.

Формула потерь тепла следующая:

В формуле удельная теплопотеря, равна 100 Ватт на кв. м. Пл – площадь помещения, также участвующая в определении. Теперь может быть применена формула для расчета количества теплоты, необходимое для выделения котлом.

Считайте правильно и будет у вас дома тепло

Теплотехнический расчет онлайн (обзор калькулятора)

Теплотехнический расчет можно сделать в Интернете онлайн. Неплохим, как на мое усмотрение являться сервис: rascheta.net. Давайте вкратце рассмотрим, как с ним работать.

Перейдя на сайт онлайн калькулятора, первым делом нужно выбрать нормативы по которым будет производится расчет. Я выбираю свод правил от 2012 года, так как это более новый документ.

Дальше нужно указать регион в котором будет строятся объект. Если нет Вашего города выбирайте ближайший большой город. После этого указываем тип зданий и помещений. Скорей всего Вы будете рассчитывать жилое здание, но можно выбрать общественные, административные, производственные и другие. И последнее, что нужно выбрать — вид ограждающей конструкции (стены, перекрытия, покрытия).

Расчетную среднюю температуру, относительную влажность и коэффициент теплотехнической однородности оставляем такими же, если не знаете как их изменять.

В опциях расчета устанавливаем все две галочки, кроме первой.

В таблице указываем пирог стены начиная снаружи — выбираем материал и его толщину. На этом собственно весь расчет и закончен. Под таблицей будет результат расчета. Если какое-то из условий не выполняется меняем толщину материала или же сам материал, пока данные не будут соответствовать нормативным документам.

Если Вы желаете посмотреть алгоритм расчета, то нажимаем на кнопку «Отчет» внизу страницы сайта.

Расчет тепловых потерь в программе Excel

Шаг 2

Нужно заполнить исходные данные: номер помещения (если вам нужно), его название и температура внутри, название ограждающих конструкций и их ориентация, размеры конструкций. Вы увидите, что площадь считается сама. Если хотите отнимать площадь окна от стен, нужно корректировать формулы, так как мы не знаем где у вас будут записаны окна. У нас площади отнимаются. Также нужно заполнить коэффициент теплопередачи 1/R, разницу температур и поправочный коэффициент. К сожалению, их заполняют вручную. В примере у нас кабинет с тремя внешними стенами в одной стене два окна, в другой нет окон и третья имеет одно окно. Конструкции стен будет как в примере, где мы рассчитывали R, поесть к=1/R=1/2,64=0,38. Пол пусть будет на грунте и его поделим на зоны у нас их две и потери считаем для двух зон , тогда к1=1/2,15=0,47, к2=1/4,3=0,23. Окна пусть будут энергосберегающие Rо= 0,87 (м2°С/Вт), тогда к=1/0,87=1,14.

На картинке видно, что количество потерь тепла уже прорисовывается.

Шаг 3

К сожалению, также вручную заполняются и дополнительные потери. Вводить их нужно в процентах, программа сама в формуле переведет их на коэффициент. И так, для нашего примера: Стены 3 значит к каждой стене +5% теплопотерь, местность не веретенная поэтому +5% к каждому окну и стене, Ориентация на Юг +5% для конструкций, на Север и Восток +10%. Дверей внешних нет поэтому 0, но если бы были то суммировались бы проценты только к той стене в которой есть дверь. Напоминаем, что к полу или перекрытию дополнительные потери тепла не относятся.

Как видно, потери помещения возросли. Если у вас заходит в помещение уже теплый воздух, этот шаг последний. Число записанное в столбце Q, и  есть ваши искомые тепловые потери помещения. И эту процедуру нужно провести для всех остальных помещений. 

Шаг 4

В нашем же случае воздух не подогревается ,и чтобы рассчитать полные потери тепла, нужно в столбик Rввести площадь нашего помещения 18 м2, а в столбец S его высоту  3 м.

Эта программа значительно ускоряет и упрощает расчеты, даже невзирая на большое количество введенных вручную элементов. Она не раз помогала нам. Надеемся и вам она станет помощником!

Способы расчетов тепловой энергии

Некоторые жильцы для расчета теплопотерь пользуются простым методом. Он заключается в том, что при условии высоты потолка – 2,5 м., площадь помещения умножается на 100 Вт. (при другой высоте потолка, вводится поправочный коэффициент). Но полученный результат при этом способе настолько не достоверный, что его можно смело прировнять к нулю.

Такое утверждение объясняется тем, что на теплопотери влияют несколько важных факторов, такие как:

  • ограждающая конструкция;
  • площадь окон и вид их остекленения;
  • внутренняя температура;
  • кратность теплообмена и др.

Помимо этого даже при равных условиях значений вышеперечисленных факторов, теплопотери у маленьких домов и больших зданий будут разные. Поэтому, чтобы более точно определить теплопотери, были разработаны следующие специальные методики:

  1. Ручной подсчет. В этом случае все расчеты выполняются самостоятельно при помощи специально выведенных формул и таблиц.
  2. Онлайн — калькулятор. Здесь достаточно будет ввести все указанные данные, в вычислительную программу, после чего она самостоятельно произведет расчет и выдаст итог.

При использовании этих способов, можно будет не только достоверно рассчитать теплопотери, но и правильно подобрать отопительную систему, при использовании которой не возникнет неоправданных затрат.

 расчет теплопотерь

Итак, чтобы не допустить ошибок, рассмотрим каждый вычислительный способ более подробно.

Подсчет вручную

Исходные данные. Одноэтажный дом площадью 8х10 м, высотой 2,5 м. Стены толщиной 38 см сложены из керамического кирпича, изнутри отделаны слоем штукатурки (толщина 20 мм). Пол изготовлен из 30-миллиметровой обрезной доски, утеплен минватой (50 мм), обшит листами ДСП (8 мм). Здание имеет подвал, температура в котором зимой составляет 8°C. Потолок перекрыт деревянными щитами, утеплен минватой (толщина 150 мм). Дом имеет 4 окна 1,2х1 м, входную дубовую дверь 0,9х2х0,05 м.

Задание: определить общие теплопотери дома из расчета, что он находится в Московской области. Средняя разность температур в отопительный сезон – 46°C (как было сказано ранее). Помещение и подвал имеют разницу по температуре: 20 – 8 = 12°C.

1. Теплопотери через наружные стены.

Общая площадь (за вычетом окон и дверей): S = (8+10)*2*2,5 – 4*1,2*1 – 0,9*2 = 83,4 м2.

Определяется теплосопротивление кирпичной кладки и штукатурного слоя:

  • R клад. = 0,38/0,52 = 0,73 м2*°C/Вт.
  • R штук. = 0,02/0,35 = 0,06 м2*°C/Вт.
  • R общее = 0,73 + 0,06 = 0,79 м2*°C/Вт.
  • Теплопотери сквозь стены: Q ст = 83,4 * 46/0,79 = 4856,20 Вт.

2. Потери тепла через пол.

Общая площадь: S = 8*10 = 80 м2.

Вычисляется теплосопротивление трехслойного пола.

  • R доски = 0,03/0,14 = 0,21 м2*°C/Вт.
  • R ДСП = 0,008/0,15 = 0,05 м2*°C/Вт.
  • R утепл. = 0,05/0,041 = 1,22 м2*°C/Вт.
  • R общее = 0,03 + 0,05 + 1,22 = 1,3 м2*°C/Вт.

Подставляем значения величин в формулу для нахождения теплопотерь: Q пола = 80*12/1,3 = 738,46 Вт.

3. Потери тепла через потолок.

Площадь потолочной поверхности равна площади пола S = 80 м2.

Определяя теплосопротивление потолка, в данном случае не берут во внимание деревянные щиты: они закреплены с зазорами и не являются барьером для холода. Тепловое сопротивление потолка совпадает с соответствующим параметром утеплителя: R пот

= R утепл. = 0,15/0,041 = 3,766 м2*°C/Вт.

Величина теплопотерь сквозь потолок: Q пот. = 80*46/3,66 = 1005,46 Вт.

4. Теплопотери через окна.

Площадь остекления: S = 4*1,2*1 = 4,8 м2.

Для изготовления окон использован трехкамерный ПВХ профиль (занимает 10 % площади окна), а также двухкамерный стеклопакет с толщиной стекол 4 мм и расстоянием между стеклами 16 мм. Среди технических характеристик производитель указал тепловые сопротивления стеклопакета (R ст.п. = 0,4 м2*°C/Вт) и профиля (R проф. = 0,6 м2*°C/Вт). Учитывая размерную долю каждого конструктивного элемента, определяют среднее теплосопротивление окна:

  • R ок. = (R ст.п.*90 + R проф.*10)/100 = (0,4*90 + 0,6*10)/100 = 0,42 м2*°C/Вт.
  • На базе вычисленного результата считаются теплопотери через окна: Q ок. = 4,8*46/0,42 = 525,71 Вт.

5. Дверь.

Площадь двери S = 0,9*2 = 1,8 м2. Тепловое сопротивление R дв. = 0,05/0,14 = 0,36 м2*°C/Вт, а Q дв. = 1,8*46/0,36 = 230 Вт.

Итоговая сумма теплопотерь дома составляет: Q = 4856,20 Вт + 738,46 Вт + 1005,46 Вт + 525,71 Вт + 230 Вт = 7355,83 Вт. С учетом инфильтрации (10 %) потери увеличиваются: 7355,83*1,1 = 8091,41 Вт.

Дата: 5 июля 2016

Расчет теплопотерь дома — считаем сами правильно!

Расчет отопления частного дома можно сделать самостоятельно, проведя некоторые замеры и подставив свои значения в нужные формулы. Расскажем, как это делается.

Вычисляем теплопотери дома

От расчета теплопотерь дома зависит несколько критических параметров системы отопления и в первую очередь – мощность котла.

Последовательность расчета следующая:

Вычисляем и записываем в столбик площадь окон, дверей, наружных стен, пола, перекрытия каждой комнаты. Напротив каждого значения записываем коэффициент теплопроводности материалов, из которых построен наш дом.

Если вы не нашли нужный материал в приведенной таблице, то посмотрите в расширенной версии таблицы, которая так и называется – коэффициенты теплопроводности материалов (скоро на нашем сайте). Далее, по ниже приведенной формуле вычисляем потери тепла каждого элемента конструкции нашего дома.

ΔT — разница температур внутри и снаружи помещения для самых холодных дней °C

R — значение теплосопротивления конструкции, м2·°C/Вт

λ — коэффициент теплопроводности (см. таблицу по материалам).

Суммируем теплосопротивление всех слоев. Т.е. для стен учитывается и штукатурка и материал стен и наружное утепление (если есть).

Складываем все Q для окон, дверей, наружных стен, пола, перекрытия

К полученной сумме добавляем 10-40% вентиляционных потерь. Их тоже можно вычислить по формуле, но при хороших окнах и умеренном проветривании, смело можно ставить 10%.

Результат делим на общую площадь дома. Именно общую, т.к. косвенно тепло будет тратиться и на коридоры, где радиаторов нет. Вычисленная величина удельных теплопотерь может колебаться в пределах 50-150 Вт/м2. Самые высокие потери тепла у комнат верхних этажей, самые низкие у средних.

После окончания монтажных работ, проведите тепловизионный контроль стен, потолков и других элементов конструкции, чтобы убедиться, что нигде нет утечек тепла.

Приведенная ниже таблица поможет точнее определиться с показателями материалов.

Определяемся с температурным режимом

Этот этап напрямую связан с выбором котла и способом отопления помещений. Если предполагается установка «теплых полов», возможно, лучшее решение – конденсационный котел и низкотемпературный режим 55С на подаче и 45С в «обратке». Такой режим обеспечивает максимальный кпд котла и соответственно, наилучшую экономию газа. В будущем, при желании использовать высокотехнологичные способы обогрева, (тепловой насос, солнечные коллекторы) не придется переделывать систему отопления под новое оборудование, т.к. оно рассчитано именно на низкотемпературные режимы. Дополнительные плюсы – не пересушивается воздух в помещении, интенсивность конвекционных потоков ниже, меньше собирается пыли.

В случае выбора традиционного котла, температурный режим лучше выбрать максимально приближенным к европейским нормам 75С – на выходе из котла, 65С – обратная подача, 20С — температура помещения. Такой режим предусмотрен в настройках почти всех импортных котлов. Кроме выбора котла, температурный режим влияет на расчет мощности радиаторов.

Подбор мощности радиаторов

Для расчета радиаторов отопления частного дома материал изделия не играет роли. Это дело вкуса хозяина дома. Важна только указанная в паспорте изделия мощность радиатора. Часто производители указывают завышенные показатели, поэтому результат вычислений будем округлять в большую сторону. Расчет производится для каждой комнаты отдельно. Несколько упрощая расчеты для помещения с потолками 2,7 м, приведем простую формулу:

Где К — искомое количество секций радиатора

P – мощность, указанная в паспорте изделия

Пример вычисления: Для комнаты площадью 30 м2 и мощности одной секции 180 Вт получаем: K= 30 х 100/180

K=16,67 округленно 17 секций

Тот же расчет можно применить для чугунных батарей, принимая что

1 ребро(60 см) = 1 секция.

Гидравлический расчет системы отопления

Смысл этого расчета – правильно выбрать диаметр труб и характеристики циркуляционного насоса. Из-за сложности расчетных формул, для частного дома проще выбрать параметры труб по таблице.

Здесь приведена суммарная мощность радиаторов, для которых труба подает тепло.

Теплопотери пола

Холодный пол в доме – это беда. Теплопотери пола, относительно такого же показателя для стен, важнее примерно в 1,5 раза. И именно во столько же толщина утеплителя в полу должна быть больше толщины утеплителя в стенах.

Теплопотери пола становятся значимыми, когда под полом первого этажа у вас холодный цоколь или просто уличный воздух, например, при винтовых сваях.

 Утепляете стены — утепляйте и пол.

Если в стены вы закладываете 200 мм базальтовой ваты или пенопласта, то в пол вам придется заложить 300 миллиметров настолько же эффективного утеплителя. Только в этом случае можно будет ходить по полу первого этажа босиком в любую, даже самую лютую, зиму.

Если же у вас под полом первого этажа отапливаемый подвал или хорошо утепленный цоколь с отлично утепленной широкой отмосткой, то утеплением пола первого этажа можно пренебречь.

Мало того, в такой подвал или цоколь стоит нагнетать нагретый воздух с первого этажа, а лучше со второго. А вот стены подвала, его плита должны быть утеплены максимально, чтобы не «обогревать» грунт. Конечно, постоянная температура грунта +4С, но это на глубине. А зимой вокруг стен подвала все те же -30С, как и на поверхности грунта.

Калькулятор расчета теплопотерь

Информация по назначению калькулятора

К алькулятор теплопотерь предназначен для расчета примерного количества тепла, теряемого помещением через ограждающие конструкции в единицу времени в самую холодную пятидневку выбранного населенного пункта (по актуализированной редакции СП 131.13330.2012).

Д анные расчеты являются достаточно приблизительными, так как невозможно учесть абсолютно все факторы, влияющие на тепловые потери, а полученные результаты необходимо проверять экспериментально, для подтверждения расчетов. Ошибки в конструкции стен так же могут значительным образом повлиять на фактические теплопотери. Например, образование конденсата внутри стеновой конструкции может значительно увеличить теплопроводность теплоизолирующего материала в зимний период.

Т акже на общие теплопотери влияют разность наружной и внутренней температур, солнечная радиация, атмосферные осадки, ветра и другие факторы. Моделирование процессов тепловых потерь целого здания является актуальной проблемой. Зная теплопотери здания, можно переходить к выбору мощности и вариантов системы отопления.

Д ля снижения тепловых потерь здания необходимо использовать максимально эффективные теплоизоляционные материалы

Особенно стоит уделить внимание кровле, так как именно через нее наружу уходит наибольшее количество тепла из помещения. Для поддержания комфортного внутреннего микроклимата, а так же снижения финансовых затрат на отопление, необходимо соблюдать правильный баланс утепления всех ограждающих конструкций. Примерное минимальное качество утепления наружных стен

Примерное минимальное качество утепления наружных стен

300 мм Дерево + 100 мм Полистирол/Каменная Вата

500 мм Газо- и пенобетон

300 мм Газо- и пенобетон + 100 мм Полистирол/Каменная Вата

400 мм Керамзитобетон + 100 мм Полистирол/Каменная Вата

250 мм Кирпич + 200 мм Полистирол/Каменная Вата

300 мм Дерево + 50 мм Полистирол/Каменная Вата

400 мм Газо- и пенобетон

300 мм Газо- и пенобетон + 50 мм Полистирол/Каменная Вата

200 мм Керамзитобетон + 100 мм Полистирол/Каменная Вата

250 мм Кирпич + 100 мм Полистирол/Каменная Вата

200 мм Газо- и пенобетон

100 мм Газо- и пенобетон + 120 мм Кирпич

300 мм Керамзитобетон

Общие сведения по результатам расчетов

  • Т еплопотери помещения – Общее количество тепла, измеряемое в Ваттах, которое теряет расчетное помещение в единицу времени через ограждающие конструкции.
  • У дельные теплопотери помещения – Теплопотери помещения отнесенные к его площади
  • Т емпература воздуха наиболее холодных суток
  • Т емпература воздуха наиболее холодной пятидневки
  • П родолжительность отопительного сезона
  • С редняя температура воздуха отопительного сезона

Калькулятор работает в тестовом режиме.

Расчет затрат на отопление

Хорошая отопительная система требует достаточно больших финансовых вложений. Основные расходы связаны с:

  1. Оборудование отопительной системы. В него входят котел, насос, радиаторы и материал для разводки.
  2. Установка обогревательной системы.
  3. Затраты на топливо. Количество потраченных денег зависит от выбранного вами топлива.
  4. Поддержка оборудования в рабочем состояние.

При расчете затрат нужно учитывать удельную теплоту сгорания. Рассчитайте путем деления теплопотери за сезон на теплотворность сырьевого продукта и получите количество использованного топлива. Умножьте на стоимость за единицу измерения.

Еще один метод подсчета — это расход кВт в час. На дом, площадью 120 м2 потребляется 12 кВт теплоэнергии. В месяц выходит 8640 кВт. Способ подходит для пользователей газа и электричества

Теплопотери через потолок

Все тепло идет вверх. И там оно стремится выйти наружу, то есть покинуть помещение. Теплопотери через потолок в вашем доме – это одна из наибольших величин, которая характеризует уход тепла на улицу.

Толщина утеплителя на потолке должна быть в 2 раза больше толщины утеплителя в стенах. Монтируете 200 мм в стены – монтируйте 400 мм на потолок. В этом случае вам будет гарантировано максимальное теплосопротивление вашего теплового контура.

 Потолок нуждается в самом толстом утеплителе.

Что у нас получается? Стены 200 мм, пол 300 мм, потолок 400 мм. Считайте, что вы сэкономите на любом энергоносителе, которым будете отапливать свой дом.

При эксплуатации здания нежелателен как перегрев, так и промерзание. Определить золотую середину позволит теплотехнический расчет, который не менее важен, чем вычисление экономичности, прочности, стойкости к огню, долговечности.

Исходя из теплотехнических норм, климатических характеристик, паро – и влагопроницаемости осуществляется выбор материалов для сооружения ограждающих конструкций. Как выполнить этот расчет, рассмотрим в статье.

Содержание статьи:

  • Цель теплотехнического расчета
  • Параметры для выполнения расчетов
  • Формулы для производства расчета
    • Потери через ограждающие конструкции
    • Недостатки расчета по площади
    • Потери через вентиляцию дома
    • Пример теплотехнического расчета №1
    • Пример теплотехнического расчета №2
    • Пример теплотехнического расчета №3
    • Пример теплорасчета №4
  • Выводы и полезное видео по теме

Цель теплотехнического расчета

От теплотехнических особенностей капитальных ограждений здания зависит многое. Это и влажность конструктивных элементов, и температурные показатели, которые влияют на наличие или отсутствие конденсата на межкомнатных перегородках и  перекрытиях.

Расчет покажет, будут ли поддерживаться стабильные температурные и влажностные характеристики при плюсовой и минусовой температуре. В перечень этих характеристик входит и такой показатель, как количество тепла, теряющегося ограждающими конструкциями строения в холодный период.

Нельзя начинать проектирование, не имея всех этих данных. Опираясь на них, выбирают толщину стен и перекрытий, последовательность слоев.

Температурные показатели по сведениям ГОСТ

По регламенту ГОСТ 30494-96 температурные значения внутри помещений. В среднем она равна 21⁰. При этом относительная влажность обязана пребывать в комфортных рамках, а это в среднем 37%. Наибольшая скорость перемещения массы воздуха — 0,15 м/с

Теплотехнический расчет ставит перед собой цели определить:

  1. Идентичны ли конструкции заявленным запросам с точки зрения тепловой защиты?
  2. Настолько полно обеспечивается комфортный микроклимат внутри здания?
  3. Обеспечивается ли оптимальная тепловая защита конструкций?

Основной принцип — соблюдение баланса разности температурных показателей атмосферы внутренних конструкций ограждений и помещений. Если его не соблюдать, тепло будут поглощать эти поверхности, а внутри температура останется очень низкой.

На внутреннюю температуру не должны существенно влиять изменения теплового потока. Эту характеристику называют теплоустойчивостью.

Путем выполнения теплового расчета определяют оптимальные пределы (минимальный и максимальный) габаритов стен, перекрытий по толщине. Это является гарантией эксплуатации здания на протяжении длительного периода как без экстремальных промерзаний конструкций, так и перегревов.

Параметры для выполнения расчетов

Чтобы выполнить теплорасчет, нужны исходные параметры.

Зависят они от ряда характеристик:

  1. Назначения постройки и ее типа.
  2. Ориентировки вертикальных ограждающих конструкций относительно направленности к сторонам света.
  3. Географических параметров будущего дома.
  4. Объема здания, его этажности, площади.
  5. Типов и размерных данных дверных, оконных проемов.
  6. Вида отопления и его технических параметров.
  7. Количества постоянных жильцов.
  8. Материала вертикальных и горизонтальных оградительных конструкций.
  9. Перекрытия верхнего этажа.
  10. Оснащения горячим водоснабжением.
  11. Вида вентиляции.

Учитываются при расчете и другие конструктивные особенности строения. Воздухопроницаемость ограждающих конструкций не должна способствовать чрезмерному охлаждению внутри дома и снижать теплозащитные характеристики элементов.

Потери тепла вызывает и переувлажнение стен, а кроме того, это влечет за собой сырость, отрицательно влияющую на долговечность здания.

В процессе расчета, прежде всего, определяют теплотехнические данные стройматериалов, из которых изготавливаются ограждающие элементы строения. Помимо этого, определению подлежит приведенное сопротивление теплопередачи и сообразность его нормативному значению.

Формулы для производства расчета

Утечки тепла, теряемого домом, можно разделить на две основные части: потери через ограждающие конструкции и потери, вызванные функционированием вентиляционной системы. Кроме того, тепло теряется при сбросе теплой воды в канализационную систему.

Потери через ограждающие конструкции

Для материалов, из которых устроены ограждающие конструкции, нужно найти величину показателя теплопроводности Кт (Вт/м х градус). Они есть в соответствующих справочниках.

Теперь, зная толщину слоев, по формуле: R = S/Кт, высчитывают термическое сопротивление каждой единицы. Если конструкция многослойная, все полученные значения складывают.

Потери через ограждающие конструкции

Размеры тепловых потерь проще всего определить путем сложения тепловых течений через ограждающие конструкции, которые собственно и образуют это здание

Руководствуясь такой методикой, к учету принимают тот момент, что материалы, составляющие конструкции, имеют неодинаковую структуру. Также учитывается, что поток тепла, проходящий сквозь них, имеет разную специфику.

Для каждой отдельной конструкции теплопотери определяют по формуле:

Q = (A / R) х dT

Здесь:

  • А — площадь в м².
  • R — сопротивление конструкции теплопередаче.
  • dT — разность температур снаружи и изнутри. Определять ее нужно для самого холодного 5- дневного периода.

Выполняя расчет таким образом, можно получить результат только для самого холодного пятидневного периода. Общие теплопотери за весь холодный сезон определяют путем учета параметра dT, учитывая температуру не самую низкую, а среднюю.

Карта влажности

В какой степени усваивается тепло, а также теплоотдача зависит от влажности климата в регионе. По этой причине при вычислениях применяют карты влажности

Далее, высчитывают количество энергии, необходимой для компенсации потерь тепла, ушедшего как через ограждающие конструкции, так и через вентиляцию. Оно обозначается символом W.

Для этого есть формула:

W = ((Q + Qв) х 24 х N)/1000

В ней N — длительность отопительного периода в днях.

Недостатки расчета по площади

Расчет, основанный на площадном показателе, не отличается большой точностью. Здесь не принят во внимание такой параметр, как климат, температурные показатели как минимальные, так и максимальные, влажность. Из-за игнорирования многих важных моментов расчет имеет значительные погрешности.

Часто стараясь перекрыть их, в проекте предусматривают «запас».

Если все же для расчета выбран этот способ, нужно учитывать следующие нюансы:

  1. При высоте вертикальных ограждений до трех метров и наличии не более двух проемов на одной поверхности, результат лучше умножить на 100 Вт.
  2. Если в проект заложен балкон, два окна либо лоджия, умножают в среднем на 125 Вт.
  3. Когда помещения промышленные или складские, применяют множитель 150 Вт.
  4. В случае расположения радиаторов вблизи окон, их проектную мощность увеличивают на 25%.

Формула по площади имеет вид:

Q=S х 100 (150) Вт.

Здесь Q — комфортный уровень тепла в здании, S — площадь с отоплением в м². Числа 100 или 150 — удельная величина тепловой энергии, расходуемой для нагрева 1 м².

Потери через вентиляцию дома

Ключевым параметром в этом случае является кратность воздухообмена. При условии, что стены дома паропроницаемые, эта величина равна единице.

Потери по вентиляции

Проникновение холодного воздуха в дом осуществляется по приточной вентиляции. Вытяжная вентиляция способствует уходу теплого воздуха. Снижает потери через вентиляцию рекуператор-теплообменник. Он не допускает ухода тепла вместе с выходящим воздухом, а входящие потоки он нагревает

Предусматривается полное обновление воздуха внутри здания за один час. Здания, построенные по стандарту DIN, имеют стены с пароизоляцией, поэтому здесь кратность воздухообмена принимают равной двум.

Есть формула, по которой определяют теплопотери через систему вентиляции:

Qв = (V х Кв : 3600) х Р х С х dT

Здесь символы обозначают следующее:

  1. Qв — теплопотери.
  2. V — объем комнаты в мᶾ.
  3. Р — плотность воздуха. еличина ее принимается равной 1,2047 кг/мᶾ.
  4. Кв — кратность воздухообмена.
  5. С — удельная теплоемкость. Она равна 1005 Дж/кг х С.

По итогам этого расчета можно определить мощность теплогенератора отопительной системы. В случае слишком высокого значения мощности выходом из ситуации может стать устройство вентиляции с рекуператором. Рассмотрим несколько примеров для домов из разных материалов.

Пример теплотехнического расчета №1

Рассчитаем жилой дом, находящийся в 1 климатическом районе (Россия), подрайон 1В. Все данные взяты из таблицы 1 СНиП 23-01-99. Наиболее холодная температура, наблюдающаяся на протяжении пяти дней обеспеченностью 0,92 — tн = -22⁰С.

В соответствии со СНиП отопительный период (zоп) продолжается 148 суток. Усредненная температура на протяжении отопительного периода при среднесуточных температурных показателях воздуха на улице 8⁰ — tот = -2,3⁰. Температура снаружи в отопительный сезон — tht = -4,4⁰.

Расчет теплопотерь

Теплопотери дома — важнейший момент на этапе его проектирования. От итогов расчета зависит и выбор стройматериалов, и утеплителя. Нулевых потерь не бывает, но стремиться нужно к тому, чтобы они были максимально целесообразными

Оговорено условие, что в комнатах дома должна быть обеспечена температура 22⁰. Дом имеет два этажа и стены толщиной 0,5 м. Высота его — 7 м, габариты в плане — 10 х 10 м. Материал вертикальных ограждающих конструкций — теплая керамика. Для нее коэффициент теплопроводности — 0,16 Вт/м х С.

В качестве наружного утеплителя, толщиной 5 см, использована минеральная вата. Значение Кт для нее — 0,04 Вт/м х С. Количество оконных проемов в доме — 15 шт. по 2,5 м² каждое.

Теплопотери через стены

Прежде всего, нужно определить термическое сопротивление как керамической стены, так и утеплителя. В первом случае R1 = 0,5 : 0,16 = 3,125 кв. м х С/Вт. Во втором — R2 = 0,05 : 0,04 = 1,25 кв. м х С/Вт. В целом для вертикальной ограждающей конструкции: R = R1 + R2 = 3.125 + 1.25 = 4.375 кв. м х С/Вт.

Так как теплопотери имеют прямо пропорциональную взаимосвязь с площадью ограждающих конструкций, рассчитываем площадь стен:

А = 10 х 4 х 7 – 15 х 2,5 = 242,5 м²

Теперь можно определить потери тепла через стены:

Qс = (242,5 : 4.375) х (22 – (-22)) = 2438,9 Вт.

Теплопотери через горизонтальные ограждающие конструкции рассчитывают аналогично. В итоге все результаты суммируют.

Теплопотери через подвал

Если есть подвал, то теплопотери через фундамент и пол будут меньшими, поскольку в расчете участвует температура грунта, а не наружного воздуха

Если подвал под полом первого этажа отапливается, пол можно не утеплять. Стены подвала все же лучше обшить утеплителем, чтобы тепло не уходило в грунт.

Определение потерь через вентиляцию

Чтобы упростить расчет, не учитывают толщину стен, а просто определяют объем воздуха внутри:

V = 10х10х7 = 700 мᶾ.

При кратности воздухообмена Кв = 2, потери тепла составят:

Qв = (700 х 2) : 3600) х 1,2047 х 1005 х (22 – (-22)) = 20 776 Вт.

Если Кв = 1:

Qв = (700 х 1) : 3600) х 1,2047 х 1005 х (22 – (-22)) = 10 358 Вт.

Эффективную вентиляцию жилых домов обеспечивают роторные и пластинчатые рекуператоры. КПД у первых выше, он достигает 90%.

Пример теплотехнического расчета №2

Требуется произвести расчет потерь сквозь стену из кирпича толщиной 51 см. Она утеплена 10-сантиметровым слоем минеральной ваты. Снаружи — 18⁰, внутри — 22⁰. Габариты стены — 2,7 м по высоте и 4 м по длине. Единственная наружная стена помещения ориентирована на юг, внешних дверей нет.

Для кирпича коэффициент теплопроводности Кт = 0,58 Вт/мºС, для минеральной ваты — 0,04 Вт/мºС. Термическое сопротивление:

R1 = 0,51 : 0,58 = 0,879 кв. м х С/Вт. R2 = 0,1 : 0,04 = 2,5 кв. м х С/Вт. В целом для вертикальной ограждающей конструкции: R = R1 + R2 = 0.879 + 2,5 = 3.379 кв. м х С/Вт.

Площадь внешней стены А = 2,7 х 4 = 10,8 м²

Потери тепла через стену:

Qс = (10,8 : 3.379) х (22 – (-18)) = 127,9 Вт.

Для расчета потерь через окна применяют ту же формулу, но термическое сопротивление их, как правило, указано в паспорте и рассчитывать его не нужно.

Теплопотери через окна

В теплоизоляции дома окна — «слабое звено». Через них уходит довольно большая доля тепла. Уменьшат потери многослойные стеклопакеты, теплоотражающие пленки, двойные рамы, но даже это не поможет избежать теплопотерь полностью

Если в доме окна с размерами 1,5 х 1,5 м ² энергосберегающие, ориентированы на Север, а термическое сопротивление равно 0,87 м2°С/Вт, то потери составят:

Qо = (2,25 : 0,87) х (22 – (-18)) = 103,4 т.

Пример теплотехнического расчета №3

Выполним тепловой расчет деревянного бревенчатого здания с фасадом, возведенным из сосновых бревен слоем толщиной 0,22 м. Коэффициент для этого материала — К=0,15. В этой ситуации теплопотери составят:

R = 0,22 : 0,15 = 1,47 м² х ⁰С/Вт.

Самая низкая температура пятидневки — -18⁰, для комфорта в доме задана температура 21⁰. Разница составит 39⁰. Если исходить из площади 120 м², получится результат:

Qс = 120 х 39 : 1,47 = 3184 Вт.

Для сравнения определим потери кирпичного дома. Коэффициент для силикатного кирпича — 0,72.

R = 0,22 : 0,72 = 0,306 м² х ⁰С/Вт.
Qс = 120 х 39 : 0,306 = 15 294 Вт.

В одинаковых условиях деревянный дом более экономичный. Силикатный кирпич для возведения стен здесь не подходит вовсе.

Теплопотери в деревянном доме

Деревянное строение имеет высокую теплоемкость. Его ограждающие конструкции долго хранят комфортную температуру. Все же, даже бревенчатый дом нужно утеплять и лучше сделать это и изнутри, и снаружи

Строители и архитекторы рекомендуют обязательно делать теплорасчет при устройстве отопления для грамотного подбора оборудования и на стадии проектирования дома для выбора подходящей системы утепления.

Пример теплорасчета №4

Дом будет построен в Московской области. Для расчета взята стена, созданная из пеноблоков. Как утеплитель применен экструдированный пенополистирол. Отделка конструкции — штукатурка с двух сторон. Структура ее — известково-песчаная.

Пенополистирол имеет плотность 24 кг/мᶾ.

Относительные показатели влажности воздуха в комнате — 55% при усредненной температуре 20⁰. Толщина слоев:

  • штукатурка — 0,01 м;
  • пенобетон — 0,2 м;
  • пенополистирол — 0,065 м.

Задача — отыскать нужное сопротивление теплопередаче и фактическое. Необходимое Rтр определяют, подставив значения в выражение:

Rтр=a х ГСОП+b

где ГОСП — это градусо-сутки сезона отопления, а и b — коэффициенты, взятые из таблицы №3 Свода Правил 50.13330.2012. Поскольку здание жилое, a равно 0,00035, b = 1,4.

ГСОП высчитывают по формуле, взятой из того же СП:

ГОСП = (tв – tот) х zот.

В этой формуле tв = 20⁰, tот = -2,2⁰, zот — 205 — отопительный период в сутках. Следовательно:

ГСОП = ( 20 – (-2,2)) х 205 = 4551⁰ С х сут.;

Rтр = 0,00035 х 4551 + 1,4 = 2,99 м2 х С/Вт.

Используя таблицу №2 СП50.13330.2012, определяют коэффициенты теплопроводности для каждого пласта стены:

  • λб1 = 0,81 Вт/м ⁰С;
  • λб2 = 0,26 Вт/м ⁰С;
  • λб3 = 0,041 Вт/м ⁰С;
  • λб4 = 0,81 Вт/м ⁰С.

Полное условное сопротивление теплопередаче Rо, равно сумме сопротивлений всех слоев. Рассчитывают его по формуле:

Формула для расчета

Эта формула взята из СП 50.13330.2012. Здесь 1/ав – это противодействие тепловосприятию внутренних поверхностей. 1/ан — то же наружных, δ / λ — сопротивление термическое слоя

Подставив значения получают: Rо усл. = 2,54 м2°С/Вт. Rф определяют путем умножения Rо на коэффициент r, равный 0.9:

Rф = 2,54 х 0,9 = 2,3 м2 х °С/Вт.

Результат обязывает изменить конструкцию ограждающего элемента, поскольку фактическое тепловое сопротивление меньше расчетного.

Существует множество компьютерных сервисов, ускоряющих и упрощающих расчеты.

Теплотехнические расчеты напрямую связаны с определением точки росы. Что это такое и как найти ее значение узнаете из рекомендуемой нами статьи.

Выводы и полезное видео по теме

Выполнение теплотехнического расчета при помощи онлайн-калькулятора:

Правильный теплотехнический расчет:

Грамотный теплотехнический расчет позволит оценить результативность утепления наружных элементов дома, определить мощность необходимого отопительного оборудования.

Как результат, можно сэкономить при покупке материалов и нагревательных приборов. Лучше заранее знать, справиться ли техника с нагревом и кондиционированием строения, чем покупать все наугад.

Оставляйте, пожалуйста, комментарии, задавайте вопросы, размещайте фото по теме статьи в находящемся ниже блоке. Расскажите о том, как теплотехнический расчет помог вам выбрать обогревательное оборудование нужной мощности или систему утепления. Не исключено, что ваша информация пригодится посетителям сайта.



Е. Г. Малявина

Теплопотери
здания

Справочное пособие

Москва
«АВОК-ПРЕСС»
2007

Содержание

В книге подробно
рассматриваются все этапы расчета теплопотерь современного здания, основываясь
на современной методологической и нормативной базе.

Отдельные разделы посвящены
выбору расчетных параметров наружной среды и микроклимата здания, основам
теплопередачи в ограждениях здания, нормам выбора расчетных значений
коэффициентов теплопроводности строительных материалов и коэффициентов
теплообмена на поверхностях ограждений, определению требуемого сопротивления
теплопередаче ограждений, расчету трансмиссионных теплопотерь здания и потребности
в теплоте на нагревание инфильтрационного воздуха, сравнению теплопотерь здания
при различных типах системы отопления.

Приведены значения удельной
тепловой характеристики для современных жилых и общественных зданий. Даны
рекомендации по учету теплопоступлений в помещение от солнечной радиации при
расчете теплопотребления зданием за отопительный период.

Каждый раздел сопровождают
примеры расчетов.

Издание адресовано специалистам
в области отопления и студентам отраслевых вузов и может считаться пособием по
расчету теплопотерь здания и необходимому при этом теплотехническому расчету
ограждающих конструкций.

Об авторе

Елена Георгиевна Малявина
работает в МГСУ (МИСИ) на кафедре «отопление и вентиляция» с сентября 1965 года
после 2 лет работы проектировщиком систем отопления и вентиляции в ГПИ
«Промстройпроект». В 1975 году защитила кандидатскую диссертацию на тему
«Нестационарный тепловой режим зданий», а в 1976 году ей было присвоено ученое
звание старшего научного сотрудника. С 1987 года Е.Г. Малявина по конкурсу
занимала должность доцента, а с 2002 года является профессором кафедры.

Она считается
известным специалистом в области строительной теплофизики, состоит членом
некоммерческого партнерства «Инженеров по отоплению, вентиляции,
кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике» (НП
«АВОК»), входит в состав научно-технического совета секции «Теплофизика»
Научно-исследовательского института строительной физики РААСН. Еленой
Георгиевной опубликовано более 100 научных и методических печатных работ в
области теплового микроклимата помещений, нестационарного теплового режима
ограждений и помещений, воздушного режима зданий. По разработанной под
руководством Е.Г. Малявиной программе расчета на ЭВМ воздушного режима зданий
были просчитаны и даны рекомендации по учету инфильтрации и работе систем
вентиляции ряда зданий Москвы, в том числе и высотных. За последние 5 лет Е.Г.
Малявиной написаны глава «Электрическое отопление» в учебник «Отопление»,
несколько глав в справочное пособие «Отопление и вентиляция жилых зданий со
встроенно-пристроенными помещениями», стандарты АВОК «Руководство по расчету
теплопотребления эксплуатируемых жилых зданий» и «Технические рекомендации по
организации воздухообмена в квартирах многоэтажного жилого дома» (в
соавторстве). Елена Георгиевна неоднократно выступала с докладами на российских
и международных научных конференциях, организованных МГСУ, НП «АВОК»,
REHVA (Европейская ассоциация инженеров по
отоплению и вентиляции).

Более 15 лет Е.Г. Малявина
является основным лектором по курсу «Строительная теплофизика» факультета
«теплогазоснабжение и вентиляция», автором рабочей программы дисциплины
«Строительная теплофизика».

На протяжении последних 5 лет
Е.Г. Малявина участвовала в научно-исследовательских работах по линии РААСН и
Министерства образования Российской Федерации в темах, связанных с
микроклиматом помещений, воздушным режимом зданий, энергосбережением.
Результаты научно-исследовательских работ применяет в читаемых студентам
курсах. Постоянно руководит дипломным проектированием и аспирантами. Два
аспиранта (С.В. Бирюков и Ку Суан Донг) под ее руководством защитили
кандидатские диссертации.

С 2000 года Е.Г. Малявина
работает по совместительству в ЗАО «Промстройпроект» главным специалистом по
теплотехнике. Она осуществляет теплотехническое сопровождение всех проектов
института и является автором более 50 проектов в утверждаемой части по разделу
«Энергоэффективность».

Введение

Принятый в 2002 году закон «О
техническом регулировании» предполагает добровольное использование большинства
отраслевых нормативных документов. В соответствии с этим при расчете
теплопотерь необходимо опираться, с одной стороны, на традиционную школу
расчета, основанную на изучении физических законов, влияющих на теплопотери
помещения, а с другой стороны, на положения последних СНиП и ГОСТ, включающих
многолетние наработки, отличающиеся высокой степенью достоверности.

Расчет теплопотерь является
важнейшим этапом проектирования систем отопления. Для определения тепловой
мощности, покрывающей максимальную нагрузку на систему отопления, необходимо
знать теплопотери здания в самую суровую расчетную часть холодного периода
года. Для решения вопроса о соответствии уровня теплопотребления системой
отопления здания современным требованиям, особенно учитывая проблему
энергосбережения, необходимо определить теплопотери здания за весь отопительный
период.

Теплопотери нельзя рассчитать не
зная теплозащитных качеств ограждений, коэффициентов теплообмена на
поверхностях, расчетных наружных и внутренних условий. Поэтому в работе
достаточно большое место уделено этим характеристикам. Кроме того, по многим
вопросам приведены обоснования общеизвестных рекомендаций и указаны их авторы.
Вместе с тем представленный материал не претендует на всеохватывающее изложение
сопутствующих вопросов.

Существуют различные подходы к
выбору расчетных значений коэффициентов теплопроводности строительных
материалов. При этом тщательность в выборе значения данного коэффициента крайне
важна, принимая во внимание тот факт, что производители теплоизоляции зачастую
приводят в рекламных материалах теплопроводность не при эксплуатационных
условиях, а в сухом состоянии. Необходимо также правильно оценивать значения
коэффициентов теплообмена на поверхностях ограждений, особенно коэффициента
теплоотдачи на внутренней поверхности, т.к. при завышенном его значении будет
завышена и расчетная температура на внутренней поверхности, например, окна.

При определении теплопотерь
здания важна правильная оценка коэффициентов теплопередачи ограждающих конструкций.
В книге рассматриваются предписывающий и потребительский подходы к определению
требуемого сопротивления теплопередаче ограждений, обращено внимание на
возможность снижения приведенного сопротивления теплопередаче наружных
ограждений по сравнению со значением, нормируемым предписывающим подходом, при
выполнении требований потребительского. Приведены значения коэффициентов
теплотехнической однородности ряда конструкций наружных стен со стержневыми
связями, с откосами окон, а также коэффициенты теплотехнической однородности
перекрытий над неотапливаемыми подвалами и коэффициенты для учета прохода
различного рода шахт через чердачные перекрытия и бесчердачные покрытия зданий.

Представлены правила расчета
трансмиссионных теплопотерь здания и потребности в теплоте на нагревание
инфильтрационного воздуха.

Дано сравнение теплопотерь
здания при различных типах системы отопления. При этом опровергнуто широко
распространенное мнение о том, что при лучистых системах отопления теплопотери
значительно меньше, чем при конвективных. Приведены значения удельной тепловой
характеристики для современных жилых и общественных зданий, помогающие
адекватно оценить нагрузку на системы отопления на предпроектной стадии.

Изложены рекомендации по учету
теплопоступлений в помещение от солнечной радиации при расчете теплопотребления
зданием за отопительный период и обращено внимание на то, что зачастую,
особенно в начале и конце отопительного периода, теплопоступления превосходят
теплопотери. В связи с этим такие теплопоступления не могут быть
скомпенсированы уменьшением теплопоступлений от системы отопления закрытием
регулирующего клапана, и увеличение температуры помещения в подобных случаях
(без принятия специальных дополнительных мер) практически неизбежно.

По каждому разделу представлены
примеры расчета.

Для удобства восприятия
материала обозначения величин приняты с русскими буквенными индексами и только
в главе 10
при расчете удельного теплопотребления системами отопления и вентиляции — с
латинскими буквенными индексами согласно СНиП 23-02-2003 [1]. Это связано с тем, что
раздел «Энергоэффективность» утверждаемой части проекта представляется в
контролирующие органы (на экспертизу) с развернутым расчетом, в котором все
обозначения должны точно соответствовать СНиП.

Основные буквенные обозначения

Аплощадь поверхности, м2;

Аiплощадь поверхности i, м2;

Абплощадь окон на боковом фасаде, м2;

А3площадь окон на подветренном фасаде, м2;

Ан — площадь окон на наветренном фасаде, м2;

Вбарометрическое давление, кПа;

С — коэффициент излучения серого тела, Вт/(м2×К4);

С0 — коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/(м2×К4);

с — удельная массовая теплоемкость материала
или транспортного средства, Дж/(кг
×°С);

сб — аэродинамический коэффициент на боковом фасаде;

с3 — аэродинамический коэффициент на подветренном фасаде;

сн — аэродинамический коэффициент на наветренном фасаде;

Ddградусо-сутки
отопительного периода, °С
×сут;

Gинф — расход инфильтрационного воздуха, кг/ч;

Gм — масса ввозимых материалов, изделий, одежды,
а также транспортных средств (автомашин, железнодорожных вагонов и т. п.), кг;

Gн — нормируемая воздухопроницаемость
ограждающей конструкции, кг/(м2
×ч);

Gовоздухопроницаемость ограждающей конструкции,
кг/(м2
×ч);

Gтс — собственная масса транспортного средства,
кг;

gускорение силы
тяжести, м/с2;

h — расстояние от
земли до центра рассматриваемого воздухопроницаемого элемента в здании (окна,
балконной двери, входной двери в здание, ворот, витража), м;

Ккоэффициент теплопередачи ограждения, Вт/(м2×°С);

Кдин — коэффициент изменения скорости ветра в различных типах местности и на
разной высоте;

kкоэффициент учета
влияния встречного теплового потока на нагревание инфильтрационного воздуха в
светопрозрачных конструкциях;

ккоэффициент относительного пропускания
солнечной радиации прозрачной частью светопрозрачной конструкции;

Lрасчетный расход
вентиляционного воздуха, м3/ч;

Мколичество испаряющейся влаги, кг/ч;

пкоэффициент, учитывающий положение ограждения
относительно наружного воздуха;

рв — условно постоянное внутреннее давление в здании, сформированное под
воздействием разных значений наружного давления по разные стороны здания, Па;

рв.г гравитационное давление внутреннего воздуха, Па;

рветрветровое давление наружного воздуха, Па;

рграв — расчетное гравитационное давление наружного воздуха, Па;

рнрасчетное давление наружного воздуха, Па;

рн.г гравитационное
давление наружного воздуха, Па;

рокрпарциальное давление насыщения воздуха водяным паром в окружающем
воздухе, кПа;

рпов — парциальное давление насыщения воздуха водяным паром при температуре
поверхности испарения жидкости, кПа;

Dрразность давлений, Па;

Dр0разность давлений воздуха с наружной и внутренней сторон
светопрозрачного ограждения, при которой определяется сопротивление
воздухопроницанию, Па;

Qсуммарная (прямая и
рассеянная) солнечная радиация на горизонтальную и вертикальные поверхности,
МДж/м2;

Qбыт — тепловой поток от бытовых источников
теплоты, Вт;

Qвент — расход теплоты на нагревание вентиляционного воздуха, Вт;

Qздтепловая нагрузка на систему отопления
здания, Вт;

Qинф — потребность в теплоте на нагревание
инфильтрационного воздуха, Вт;

Qисп — расход теплоты на испарение воды, Вт;

Qм теплозатраты на нагревание транспортных
средств и ввозимых материалов, изделий, одежды, Вт;

Qoгp
— теплопотери за счет теплопередачи (трансмиссионные теплопотери), Вт;

Qптеплопотери помещения за счет теплопередачи
через все ограждения, Вт;

Qт.степлозатраты на нагревание транспортных
средств, Вт;

Qтехн — теплопотери на технологические процессы,
Вт;

Qmудельная
тепловая характеристика здания, Вт/(м3
×°С);

qв.птепловой поток, проходящий через воздушную
прослойку, Вт/м2;

qкконвективный тепловой поток, Вт/м2;

qллучистый тепловой поток, Вт/м2;

qт тепловой
поток, передаваемый теплопроводностью, Вт/м2;

Rreq — нормируемое (требуемое) сопротивление теплопередаче наружного
ограждения, м2
×°С/Вт;

Rвсопротивление теплообмену на внутренней
поверхности ограждения, м2
×°С/Вт;

Rв.п — термическое сопротивление замкнутой
воздушной прослойки, м2
×°С/Вт;

Rв-х — сопротивления теплопередаче от внутреннего
воздуха до точки х, м2
×°С/Вт;

Rинф — приведенное сопротивление
воздухопроницанию при
Dр0 =10 Па, м2×ч/кг;

Rинф,req — нормируемое сопротивление
воздухопроницанию при
Dр0 = 10 Па, м2×ч/кг;

Rл — сопротивление теплопередаче пола на лагах,
м2
×°С/Вт;

Rн — сопротивление теплообмену на наружной
поверхности ограждения, м2
×°С/Вт;

Rн-х — сопротивления теплопередаче от наружного
воздуха до точки х, м2
×°С/Вт;

Rоприведенное сопротивление теплопередаче
ограждения, м2
×°С/Вт;

  условное сопротивление
теплопередаче наружного ограждения, м2
×°С/Вт;

— требуемое
условное сопротивление теплопередаче, м2
×°С/Вт;

Rттермическое сопротивление материального слоя,
м2
×°С/Вт;

 — требуемое сопротивление теплопередаче
утеплителя, м2
×°С/Вт;

rкоэффициент
теплотехнической однородности;

Т температура излучающей поверхности по шкале
абсолютных температур, К;

ti
— температура поверхности
i, °С;

trрадиационная
температура, °С;

tвтемпература внутреннего воздуха, °С;

tисп — температура испарения воды, °С;

tмтемпература поступившего материала или
транспортного средства, °С;

tнрасчетная температура наружного воздуха, °С;

tо.п — средняя температура отопительного периода,
°С;

tпрезультирующая температура помещения, °С;

tт.ртемпература точки росы, °С;

Dtразность
температур поверхности и воздуха, °С;

Dtннормируемый перепад температур внутреннего
воздуха
tв и внутренней поверхности tв ограждения;

Vзд — отапливаемый объем здания, м3;

v — расчетная
скорость ветра, м/с;

vв — скорость движения воздуха в помещении,
м/с;

vo.п — средняя
скорость ветра за отопительный период, м/с;

zo.п
продолжительность отопительного периода, сут;

aв — коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности ограждения, Вт/(м2×°С);

aк — коэффициент конвективного теплообмена (теплоотдачи конвекцией) на
поверхности стенки, Вт/(м2
×°С);

aл — коэффициент лучистого теплообмена на поверхности стенки, Вт/(м2×°С);

aн — коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности ограждения, Вт/(м2×°С);

b — коэффициент,
учитывающий добавочные теплопотери;

bt
— коэффициент температурного расширения, 1/°С;

gв — удельный вес внутреннего воздуха, Н/м3;

gн — удельный вес наружного воздуха, Н/м3;

d — толщина
стенки, м;

dу.с — толщина утепляющего слоя, м;

dут — толщина утеплителя, м;

e — степень
черноты серого тела или относительный коэффициент излучения поверхности;

l — коэффициент
теплопроводности материала, Вт/(м
×°С);

lу.с коэффициент
теплопроводности материала утепляющего слоя, Вт/(м
×°С);

n — коэффициент
кинематической вязкости воздуха, м2/с;

rв — плотность внутреннего воздуха, кг/м3;

rн — плотность наружного воздуха, кг/м3;

t — коэффициент затенения
светопрозрачной конструкции непрозрачными элементами;

t — температура на
поверхности стенки, °С;

 — максимально допустимая температура нагретой
поверхности, °С;

j1-2 — коэффициент облученности с поверхности 1
на поверхность 2;

jв — относительная влажность внутреннего
воздуха, %;

jч-п — коэффициент облученности с элементарной
площадки поверхности тела человека в сторону нагретой поверхности;

wв — весовая влажность материала, %;

wо — объемная влажность материала, %.

***

общая площадь всех
наружных ограждений здания, м2;

Ah — отапливаемая площадь здания, м2;

А1расчетная площадь общественного здания или жилая в жилом доме, м2;

Ginfрасход
инфильтрационного воздуха в средние за отопительный период сутки, кг/ч;

Кm — общий коэффициент теплопередачи здания,
Вт/(м2
×°С);


приведенный инфильтрационный (условный) коэффициент теплопередачи здания, Вт/(м2
×°С);

 — приведенный трансмиссионный коэффициент теплопередачи здания, Вт/(м2×°С);

Lvрасход
вентиляционного воздуха, м3/ч;

n — коэффициент
положения отдельного ограждения относительно наружного воздуха, уменьшающий
разность температур для ограждения, не соприкасающегося с наружным воздухом;

пinf — количество часов поступления
инфильтрационного воздуха в неделю;

пv — количество часов работы системы вентиляции
в неделю;

Qhобщие
теплопотери здания за отопительный период, МДж или кВт
×ч;

 потребность в тепловой энергии на отопление
здания за отопительный период, МДж или кВт
×ч;

Qint
— общие тепловыделения от внутренних источников в здании за отопительный
период, МДж или кВт
×ч;

Qs — теплопоступления в здание от солнечной радиации за отопительный
период через окна и фонари, МДж или кВт
×ч;

— расчетный
удельный расход тепловой энергии на отопление здания, кДж/(м2
×°С×сут), или кДж/(м3×°С×сут), или кВт×ч/м2;

qh,req — нормируемый удельный расход тепловой энергии на отопление здания,
кДж/(м2
×°С×сут), или кДж/(м3×°С×сут), или кВт×ч/м2;

qintудельные
бытовые тепловыделения в здании за отопительный период, Вт/м2;

Rr — приведенное сопротивление теплопередаче наружных ограждений, м2×°С/Вт;

text
— расчетная температура наружного воздуха, °С;

tint — расчетная температура внутреннего воздуха, °С;

Vhотапливаемый
объем здания, м3;

bh — коэффициент учета дополнительного
теплопотребления системы отопления;

bv — коэффициент снижения объема воздуха в
здании, учитывающий наличие внутренних ограждающих конструкций;

z — коэффициент
эффективности автоматического регулирования подачи теплоты в системы отопления;

n — коэффициент
снижения теплопоступлений за счет тепловой инерции ограждающих конструкций;

 — средняя плотность приточного воздуха за
отопительный период, кг/м3.

Глава 1. Расчетные параметры наружной среды

1.1. Холодный период года и отопительный период

Показатели расчетных нагрузок на
системы отопления и теплозащиты здания должны отвечать нормируемым уровням
наружных климатических параметров в холодный период года, который в
соответствии с ГОСТ
30494-96 [2] определяется как отрезок времени со среднесуточной
температурой наружного воздуха, равной 8 °С и ниже. По СНиП 23-02-2003 [1] для большинства зданий
понятие отопительного периода совпадает с понятием холодного периода года и
только для лечебно-профилактических, детских учреждений и домов-интернатов для
престарелых считается периодом со среднесуточной температурой наружного воздуха
не более 10 °С.

Параметрами наружной среды,
учитываемыми в расчете теплотехнических показателей здания и тепловой нагрузки
на систему отопления, являются: температура наружного воздуха, скорость ветра,
зона влажности в районе строительства, интенсивность солнечной радиации. Одни
значения параметров климата описывают наиболее холодный расчетный период,
другие — средние уровни в пределах отопительного периода. Значения
климатических параметров холодного периода года принимаются по табл. 1* СНиП 23-01-99* [3], где в
алфавитном порядке расположены наименования областных и краевых центров, а
названия остальных пунктов даны внутри области или края.

1.2. Расчетная температура наружного воздуха

Самые холодные метеоусловия в
пределах отопительного периода описываются расчетными значениями климатических
параметров, которые не являются абсолютными экстремумами для района
строительства. Дело в том, что экстремальные, наиболее суровые условия бывают
очень редко — раз в сотни лет. Ориентация на эти значения привела бы к
значительному удорожанию строительства. Поэтому расчетные уровни принимаются с
некоторой обеспеченностью, под которой понимается суммарная вероятность того,
что данный параметр не превзойдет (в холодный период года по степени суровости)
расчетного значения.

Наиболее значимым параметром
холодного периода года для выбора теплозащитных качеств наружных ограждений и
определения мощности системы отопления считается температура наружного воздуха.
Так как ограждения и помещения обладают тепловой инерцией, иначе говоря, требуют
времени для охлаждения или нагрева до изменившейся температуры окружающего
воздуха, то в качестве расчетной принимают среднюю температуру наиболее
холодной пятидневки — пяти последовательных суток с самой низкой средней
температурой за год.

До 1994 года расчетная
температура наружного воздуха для проектирования ограждений связывалась с их
тепловой инерцией. Для «легких» ограждений, быстро остывающих при понижении
температуры наружного воздуха, за расчетную принималась средняя температура
наиболее холодных суток, а для «массивных» — средняя температура наиболее
холодной пятидневки. Идея рассматривать пятидневку как расчетный период
усреднения температуры наружного воздуха в 1946 году была предложена К. Ф.
Фокиным [4].
Ученый проанализировал многолетние данные об изменении температуры наружного
воздуха в период похолодания и выдвинул предложения по «нормализации» расчетных
кривых изменения температуры наружного воздуха. Кроме того, он экспериментально
установил, что стена из полнотелого кирпича толщиной 64 см (наиболее
распространенная конструкция в то время) имеет такие же теплопотери за 5 сут
при переменной температуре наружного воздуха, как если бы температура наружного
воздуха держалась постоянной и равной средней за тот же период.

После 1994 года, когда
теплозащита зданий была значительно усилена, все ограждения отнесли к числу
«массивных», и расчетной температурой для теплотехнического расчета ограждающих
конструкций стала средняя температура наиболее холодной пятидневки. Эта же
температура является расчетной для определения теплопотерь.

За расчетную температуру
наружного воздуха
tн, °С, принимается не самая низкая средняя
температура наиболее холодной пятидневки
t5, °С, а ее значение с обеспеченностью 0,92.

Для получения этой величины
выбирается наиболее холодная пятидневка в каждый год рассматриваемого отрезка п, лет (в СНиП 23-01-99* [3] период с 1925-го по
1980-е годы). Выделенные значения температуры наиболее холодной пятидневки
t5 ранжируются в порядке убывания. Каждому значению присваивается номер т. Обеспеченность Коб в общем случае вычисляется по
формуле

                                                                                                                (1.1)

Общий вид кривой
накопленной вероятности Коб изображен на рис. 1.

Для приведения значений
обеспеченности к более продолжительному периоду наблюдений в формулу (1.1)
вносятся небольшие поправки.

Ход действий следующий. Из
опорных метеорологических таблиц и ежемесячников осуществляют выборку
температуры наиболее холодной пятидневки за 30-50 лет.

Рис. 1. Пример зависимости температуры наиболее холодной пятидневки
от обеспеченности

Эти данные располагают по убыванию с присвоением
каждой величине порядкового номера (табл. 1).

Таблица 1

Первичные данные о температуре наиболее холодной пятидневки (в
порядке убывания)

Температура наиболее
холодной пятидневки
t5, °С

Порядковый номер т,
лет

Температура наиболее
холодной пятидневки
t5, °С

Порядковый номер т, лет

-45,3

1

-40,4

11

-43,6

2

-43,5

3

-31,6

43

-43,4

4

-31,6

44

-43,2

5

-31,3

45

-42,5

6

-30,4

46

-42,3

7

-30,0

47

-41,6

8

-29,4

48

-41,6

9

-26,6

49

-40,6

10

-26,0

50

Температуру наиболее
холодной пятидневки округляют до 0,5 °С, и для каждого полученного значения
определяется средний порядковый номер тср (табл. 2).

Таблица 2

Средний порядковый номер в убывающем ряду округленных данных о
температуре наиболее холодной пятидневки

Температура наиболее
холодной пятидневки
t5, °С

Порядковый номер т, лет

Средний порядковый номер тср

Обеспеченность Коб, доли единицы

-45,5

1

1

0,99

-43,5

2-4

3

0,95

-43,0

5

5

0,91

-42,5

6-7

6,5

0,88

-41,5

8-9

8,5

0,84

-40,5

10-11

10,5

0,80

-40,0

12

12

0,77

-32,0

41

41

0,19

-31,5

42-45

43,5

0,14

-30,5

46

46

0,09

-30,0

47

47

0,07

-29,5

48

48

0,05

-26,5

49

49

0,03

-26,0

50

50

0,01

Интегральную вероятность
(обеспеченность Коб) того, что температура наиболее холодной
пятидневки не будет ниже значения с порядковым номером тср в
ряду из п членов, рассчитывают по формуле

                                                                                                   (1.2)

По полученным данным строятся интегральные кривые
распределения температуры наиболее холодной пятидневки на сетке асимметричной
частоты: по оси ординат — логарифмическая шкала температуры воздуха, по оси
абсцисс — двойная логарифмическая шкала обеспеченности. С кривых снимается
температура наиболее холодной пятидневки заданной обеспеченности. Пример
графика зависимости температуры наиболее холодной пятидневки t5, °С, от
обеспеченности приведен на рис. 2 [5].

Рис. 2. Интегральная кривая температуры наиболее холодной
пятидневки

По заданию на проектирование допускается принимать
за расчетную более низкую температуру наружного воздуха. Однако следует иметь в
виду, что понижение расчетной температуры наружного воздуха (ужесточение
условий) для зданий, присоединяемых к тепловой сети централизованного
теплоснабжения, во избежание перетопа требует автоматизации теплоподачи в
помещение.

1.3. Средняя температура и продолжительность
отопительного периода

Основными характеристиками отопительного периода
являются средняя температура to.п, °С, и продолжительность zo.п, сут,
этого периода. Причем они относятся к отрезку времени с устойчивыми значениями
граничной температуры отопительного периода. Отдельные дни со среднесуточной
температурой, равной или ниже соответственно 8 или 10 °С, не учитываются. Эти
данные приведены в СНиП
23-01-99* [3].

Средняя температура to.п и
продолжительность zo.п
отопительного периода рассчитываются по следующей методике. Сначала строится
гистограмма годового хода температуры воздуха: наносятся прямоугольники, у которых
основание равно числу дней месяца, а высота — средней температуре воздуха за
данный месяц. Кривая годового хода проводится так, чтобы участок, отсекаемый от
каждого прямоугольника, был равен по площади участку, который эта кривая
прибавляет к нему с другой стороны. Затем с графика снимаются даты устойчивого
перехода среднесуточных температур воздуха через отметки 8 или 10 °С. По
разнице между этими датами определяется продолжительность отопительного периода
zo.п.

Средняя температура отопительного периода to.п
находится следующим образом. Сумма температур воздуха за полные месяцы
отопительного периода вычисляется сложением произведений среднемесячной
температуры воздуха соответствующего полного месяца и числа дней в этом месяце.
Затем определяется сумма температур воздуха за неполные месяцы по кривой
годового хода как произведение числа дней от даты начала отопительного периода
до конца месяца и от начала месяца до даты конца отопительного периода и
средней температуры на этих отрезках неполных месяцев. Средняя температура
отопительного периода определяется делением общей суммы значений температуры
отопительного периода на его продолжительность в днях.

Пример определения продолжительности и средней
температуры отопительного периода приведен на рис. 3. На графике над каждым
прямоугольником указана среднемесячная температура воздуха. Даты начала и конца
отопительного периода — 30 сентября и 23 апреля. Продолжительность
отопительного периода

zo.п
= 1(сентябрь) + 31(октябрь) + 30(ноябрь) + 31(декабрь) + 31(январь) +
28(февраль) + 31(март) + 23(апрель) = 206 сут.

Сумма температур за полные месяцы отопительного
периода:

4,2·31 + (-4,1·30) + (-10,7·31) + (-13,8·31) + (-13·28) + (-6,8·31)
= -1327,1 °С.

Сумма температур за неполные месяцы отопительного
периода:

8·1 + 3,1·23 = 79,3 °С.

Рис. 3. Расчет продолжительности и средней температуры воздуха
периода со среднесуточной температурой воздуха ниже 8 °С: цифра в кружочке —
средняя температура воздуха за неполный месяц; 30.IX, 23.IV — даты начала и конца периода со
среднесуточной температурой воздуха, равной и ниже 8 °С (отопительный период)

Средняя температура отопительного периода

1.4. Расчетная и среднесезонная скорость ветра

За расчетную скорость ветра v, м/с,
принимается максимальная из средних скоростей ветра в январе по румбам
(направлениям ветра). При этом учитывается только тот ветер, повторяемость
румба которого составляет 16 % и более. В случае когда средняя скорость ветра
по румбу повторяемостью 12-15 % превышает на 1 м/с и более наибольшую из
средних скоростей ветра по румбу повторяемостью 16 %, максимальная скорость
ветра принимается по румбу повторяемостью 12-15 %.

Ветровой режим отопительного периода
характеризуется средней скоростью vо.п, м/с, за этот период.

1.5. Влажностные условия района строительства

Для описания условий влажности в районе
строительства СНиП
23-02-2003 [1] выделяет три зоны наружных влажностных условий: 1 — влажная,
2 — нормальная, 3 — сухая, — которые обозначены на географической карте России
(прил. 1).
Эта карта составлена В.М. Ильинским [6]
на основе значений комплексного показателя, который рассчитан по соотношению
среднемесячного для безморозного периода количества осадков на горизонтальную
поверхность, относительной влажности воздуха в 15 ч самого теплого месяца,
среднегодовой суммарной солнечной радиации на горизонтальную поверхность,
годового размаха (январь и июль) среднемесячных значений температуры воздуха.

1.6. Интенсивность солнечной радиации в отопительный
период

В теплотехнических расчетах для холодного периода
года применяется средняя в многолетнем разрезе интенсивность суммарной
солнечной радиации на горизонтальную и вертикальные поверхности Q, МДж/м2,
при действительных условиях облачности за отопительный период. К сожалению, эти
цифры пока установлены только для некоторых областей России в территориальных
нормах, причем в некоторых из них, как, например, в СНиП 23-01-99* [3], они определены
неверно. Методика нахождения суммарной солнечной радиации при действительных
условиях облачности за отопительный период приведена в СП 23-101-2004 [7].

Суммарная (прямая и рассеянная) солнечная радиация
на горизонтальную поверхность Qhor, МДж/м2, при действительных условиях
облачности за отопительный период для данной местности определяется
суммированием прихода суммарной солнечной радиации на горизонтальную поверхность
, МДж/м2, в каждый из т месяцев или их
части в течение отопительного периода:

                                                                                                             (1.3)

Величина суммарной солнечной радиации на
горизонтальную поверхность при действительных условиях облачности для i-го месяца отопительного
периода  принимается по данным
табл. 1.10 «Научно-прикладного справочника по климату СССР» [8].
Суммарная солнечная радиация на j-ю вертикальную поверхность , МДж/м2, при действительных условиях облачности
за отопительный период определяется по формуле*

                                           (1.4)

где  — соответственно
суммарная и прямая солнечная радиация на j-ю вертикальную поверхность в i-й месяц при действительных
условиях облачности, МДж/м2;

— рассеянная солнечная радиация на вертикальную
поверхность в i
месяц при действительных условиях облачности, МДж/м2;

 
соответственно прямая и рассеянная солнечная радиация на горизонтальную
поверхность в i
месяц при действительных условиях облачности, МДж/м2;

 — коэффициент
пересчета прямой солнечной радиации с горизонтальной поверхности на
вертикальные в i
месяц отопительного периода для j-й ориентации; принимается по табл. В.2 СП 23-101-2004 [7].

* В отличие от формулы, рекомендованной в СП 23-101-2004 [7], здесь не
учитывается отраженная радиация.

Результаты расчетов интенсивности суммарной
солнечной радиации для 18 городов РФ, сделанных автором, приведены в прил. 2.

1.7. Пример выбора наружных условий для теплотехнического расчета
и расчета теплопотерь здания

Район строительства — Москва. Объект строительства
— административное здание.

По СНиП 23-01-99* [3] определяются:

1. Средняя температура наиболее холодной пятидневки
(с обеспеченностью 0,92) tн = -28 °С (табл. 1,
графа 5).

2. Средняя температура отопительного периода
(период со среднесуточной температурой воздуха 8 °С) tо.п =
-3,1 °С (табл. 1,
графа 12).

3. Продолжительность отопительного периода zо.п = 214 сут
(табл. 1,
графа 11).

4. Расчетная скорость ветра для холодного периода
(максимальная из средних скоростей по румбам за январь, повторяемость которой
не ниже 16 %) v = 4,9 м/с (табл. 1,
графа 19).

5. Средняя скорость ветра (за период со
среднесуточной температурой воздуха 8 °С и ниже) vо.п = 3,8
м/с (табл. 1,
графа 20).

По прил.В СНиП 23-02-2003 [1] (прил. 1 настоящей книги)
определяется зона влажности 2 — нормальная.

Глава 2. Расчетные параметры микроклимата помещений

2.1. Оптимальные и допустимые параметры микроклимата жилых и
общественных зданий

В ГОСТ
30494-96 [2] регламентируется понятие обслуживаемой зоны как пространства в
помещении, ограниченного плоскостями, параллельными полу и стенам: на высоте
0,1 и 2,0 м над уровнем пола (но не ближе чем 1 м от потолка при потолочном
отоплении), на расстоянии 0,5 м от внутренних поверхностей наружных и
внутренних стен, окон и отопительных приборов.

К параметрам, характеризующим микроклимат
помещений, прежде всего относятся: температура tв, скорость движения vв
и относительная влажность воздуха φв. На ощущения
человека, находящегося в помещении, влияет также и радиационная температура tr, °С, которая является
усредненной по коэффициенту облученности температурой всех поверхностей,
окружающих человека (или какую-либо поверхность):

                                                                                                              (2.1)

где φ1-i — коэффициент
облученности, показывающий долю лучистого потока, излучаемого поверхностью 1 и
попадающего на поверхность i;
определяется по данным п. 3.3.3;

ti — температура поверхности i, °С.

Для помещений прямоугольной формы , поэтому

                                                                                                               (2.2)

Радиационная температура представляет интерес на
границе обслуживаемой зоны помещения. Например, человек, стоящий зимой у окна,
может испытать лучистое переохлаждение от окна, а голова человека, находящегося
под панелью потолочного лучистого отопления, может ощутить перегрев от этой
панели.

При оценке общей радиационной тепловой обстановки в
помещении рассчитывают радиационную температуру tr, которая вычисляется
относительно человека, стоящего в центре комнаты. При этом ее можно считать
равной усредненной по площадям температуре внутренних поверхностей ограждений
помещения и отопительных приборов:

                                                                                                              (2.3)

где Аi — площадь поверхности, обращенной в помещение, м2.

Учет радиационной обстановки, согласно ГОСТ
30494-96 [2], осуществляется с помощью комплексного показателя —
результирующей температуры помещения tп, °С, сочетающей в
себе радиационную температуру помещения tr
и температуру воздуха tв. Причем при скорости движения
воздуха до 0,2 м/с результирующая температура равна средней между температурами
воздуха и радиационной:

                                                                                                                 (2.4)

а при скорости движения воздуха в пределах 0,2-0,6
м/с следует учитывать преимущественное воздействие на человека конвективной
составляющей теплообмена:

tп = 0,6tв + 0,4tr.
                                                                                                        
(2.5)

Общий подход к гигиенической оценке тепловой
обстановки в помещении сформулировал В.Н. Богословский [9].
Он выделил два условия комфортного пребывания человека в помещении.

Первое условие гласит, что комфортной будет такая
температурная обстановка, при которой человек, находясь в центре помещения, не
испытывает перегрева или переохлаждения. Это условие ограничивает область
сочетаний параметров микроклимата помещения.

Второе условие определяет температурный комфорт для
человека, находящегося на границе обслуживаемой зоны помещения около нагретых
или охлажденных поверхностей, и связано с положительной или отрицательной
интенсивностью лучистого теплообмена человека (с радиационным балансом на
наиболее невыгодно расположенной и наиболее чувствительной к излучению части
поверхности тела человека).

Первое условие комфортности обеспечивается
сочетанием параметров, нормируемых в ГОСТ
30494-96 [2] и представленных в табл. 3,
4.

Второе условие комфортности частично обеспечивается
ограничением отклонений от средних значений параметров по объему и в плане
помещения. Что касается значений радиационной температуры на границе
обслуживаемой зоны, то этой нормы в ГОСТ
30494-96 [2] нет.

Наиболее значимо второе условие комфортности для
расчетов системы потолочного лучистого отопления. К радиационному перегреву
особенно чувствительна голова человека, поэтому радиационные условия в
помещении должны быть такими, чтобы любая элементарная площадка на поверхности головы
отдавала излучение окружающим поверхностям не менее 11,6 Вт/м2, но
не более 35 Вт/м2. Эти цифры приняты В.Н. Богословским [9]
исходя из анализа экспериментальных данных и рекомендаций гигиенистов.

При расположении нагретой панели на потолке
наиболее невыгодным (а потому расчетным) является положение человека под ее
центром. При нагретой стеновой панели за расчетное принимают положение человека
на расстоянии 0,5 м от нагретой поверхности. Из уравнения лучистого теплообмена
для элементарной площадки на теле человека В.Н. Богословским [9]
получена формула максимально допустимой температуры нагретой поверхности , °С, в помещении в холодный период года:

                                                                                                      (2.6)

где jч-п — коэффициент облученности с элементарной
площадки поверхности тела человека в сторону нагретой поверхности; определяется
по формуле (3.34) и рис. 13.

В зависимости от уровня требований к комфортности в
обслуживаемой зоне различных категорий помещений жилых и общественных зданий
установлены оптимальные и допустимые параметры микроклимата. Параметры
микроклимата жилых зданий представлены в табл. 3.

Таблица 3

Оптимальные и допустимые параметры микроклимата жилых зданий по ГОСТ
30494-96
[2]

Период года

Помещение

Температура внутреннего
воздуха
tв, °С

Результирующая температура tп, °С

Относительная влажность
внутреннего воздуха φв, %

Скорость движения воздуха vв,
м/с

оптимальная

допустимая

оптимальная

допустимая

оптимальная

допустимая, не более

оптимальная, не более

допустимая, не более

Холодный

Жилая комната

20-22

18-24 (20-24)

19-20

17-23 (19-23)

45-30

60

0,15

0,2

То же, в районах с t5 (с обеспеченностью 0,92) -31 °С и ниже

21-23

20-24 (22-24)

20-22

19-23 (21-23)

45-30

60

0,15

0,2

Кухня

19-21

18-26

18-20

17-25

НН

НН

0,15

0,2

Туалет

19-21

18-26

18-20

17-25

НН

НН

0,15

0,2

Ванная, совмещенный санузел

24-26

18-26

23-27

17-26

НН

НН

0,15

0,2

Помещение для отдыха и
учебных занятий

20-22

18-24

19-21

17-23

45-30

60

0,15

0,2

Межквартирный коридор

18-20

16-22

17-19

15-21

45-30

60

0,15

0,2

Вестибюль, лестничная
клетка

16-18

14-20

15-17

13-19

НН

НН

0,2

0,3

Кладовая

16-18

12-22

15-17

11-21

НН

НН

НН

НН

Теплый

Жилая комната

22-25

20-28

22-24

18-27

60-30

65

0,2

0,3

Примечания:

1. Значения в скобках
относятся к домам для престарелых и инвалидов.

2. НН — не
нормируется.

Для помещений общественных зданий оптимальные и
допустимые параметры микроклимата приведены в табл. 4
в соответствии со следующей классификацией помещений:

• Категория 1 — помещения, в которых люди в
положении лежа или сидя находятся в состоянии покоя и отдыха.

• Категория 2 — помещения, в которых люди заняты
умственным трудом, учебой.

• Категория 3а — помещения с массовым пребыванием
людей, в которых люди находятся преимущественно в положении сидя без уличной
одежды.

• Категория 3б — помещения с массовым пребыванием
людей, в которых люди находятся преимущественно в положении сидя в уличной
одежде.

• Категория 3в — помещения с массовым пребыванием
людей, в которых люди находятся преимущественно в положении стоя без уличной
одежды.

• Категория 4 — помещения для занятий подвижными
видами спорта.

• Категория 5 — помещения, в которых люди находятся
в полураздетом виде (раздевалки, процедурные кабинеты, кабинеты врачей и т. п.).

• Категория 6 — помещения с временным пребыванием
людей (вестибюли, гардеробные, коридоры, лестницы, санузлы, курительные,
кладовые).

Таблица 4

Оптимальные и допустимые параметры микроклимата общественных зданий
по ГОСТ
30494-96
[2]

Период года

Помещение

Температура внутреннего
воздуха
tв, °С

Результирующая температура tп, °С

Относительная влажность
внутреннего воздуха φв, %

Скорость движения воздуха vв,
м/с

оптимальная

допустимая

оптимальная

допустимая

оптимальная

допустимая, не более

оптимальная, не более

допустимая, не более

Холодный

Категория 1

20-22

18-24

19-20

17-23

45-30

60

0,2

0,3

Категория 2

19-21

18-23

18-20

17-22

45-30

60

0,2

0,3

Категория 3а

20-21

19-23

19-20

19-22

45-30

60

0,2

0,3

Категория 3б

14-16

12-17

13-15

13-16

45-30

60

0,2

0,3

Категория 3в

18-20

16-22

17-20

15-21

45-30

60

0,2

0,3

Категория 4

17-19

15-21

16-18

14-20

45-30

60

0,2

0,3

Категория 5

20-22

20-24

19-21

19-23

45-30

60

0,15

0,2

Категория 6

16-18

14-20

15-17

13-19

НН

НН

НН

НН

Ванная, душевая

24-26

18-28

23-25

17-27

НН

НН

0,15

0,2

В детском дошкольном учреждении

Групповая раздевалка и туалет:

— для ясельных
и младших групп

21-23

20-24

20-22

19-23

45-30

60

0,1

0,15

— для средних
и дошкольных групп

19-21

18-25

18-20

17-24

45-30

60

0,1

0,15

Спальня:

— для ясельных
и младших групп

20-22

19-23

19-21

18-22

45-30

60

0,1

0,15

— для средних
и дошкольных групп

19-21

18-23

18-22

17-22

45-30

60

0,1

0,15

Примечания:

1. Для детских дошкольных учреждений, расположенных в районах с
температурой наиболее холодной пятидневки (с обеспеченностью 0,92) -31 °С и
ниже, допустимую расчетную температуру воздуха в помещениях следует принимать
на 1 °С выше указанной в таблице.

2. НН — не нормируется.

Кроме параметров, значения которых представлены в
табл. 3,4, ГОСТ
30494-96 [2] ограничивает величину локальной асимметрии результирующей
температуры, т.е. разности значений результирующей температуры в одной точке
помещения, определенных шаровым термометром для двух противоположных
направлений. Локальная асимметрия результирующей температуры не должна
превышать 2,5 °С для оптимальных показателей и быть не выше 3,5 °С для
допустимых.

Эта асимметрия для противоположных направлений в
одной точке может оказаться разной, т.к. противоположные стороны любого тела
«видят» разные поверхности. Например, лицо человека, стоящего на границе обслуживаемой
зоны у окна, будет испытывать холодное излучение от окна, в то время как его
затылок будет находиться в зоне температур, близких к температуре воздуха.

При обеспечении параметров микроклимата в различных
точках обслуживаемой зоны допускаются:

• перепад температуры воздуха не более 2 °С для
оптимальных показателей и не более 3 °С для допустимых;

• перепад результирующей температуры помещения по
высоте обслуживаемой зоны не более 2 °С;

• изменение скорости движения воздуха не более 0,07
м/с для оптимальных показателей и не более 0,1 м/с для допустимых;

• изменение относительной влажности воздуха не
более 7 % для оптимальных показателей и не более 15 % для допустимых.

В общественных зданиях в нерабочее время
допускается снижение показателей микроклимата при условии обеспечения требуемых
параметров к началу рабочего времени.

2.2. Оптимальные и допустимые параметры микроклимата
производственных зданий

Гигиенические требования к микроклимату рабочих
мест в производственных помещениях в холодный период, необходимые для
поддержания оптимального или допустимого теплового состояния организма с учетом
интенсивности энергозатрат трудящегося, устанавливаются в соответствии с СанПиН
2.2.4.548-96 [10].

Рабочим местом считается участок помещения, на
котором в течение рабочей смены или ее части осуществляется трудовая
деятельность. Рабочим местом могут являться и несколько участков производственного
помещения. Если эти участки расположены по всему пространству, то рабочим
местом считается вся площадь помещения.

На основе интенсивности общих энергозатрат
организма человека виды выполняемых работ разграничиваются по категориям.
Характеристика отдельных категорий работ представлена в табл. 5.

Таблица 5

Категории отдельных видов работ

Категория работ

Интенсивность энергозатрат, Вт

Вид работы

Iа

До 139

Выполняется сидя с незначительным физическим
напряжением (ряд профессий на предприятиях точного приборо- и машиностроения,
часовом, швейном производствах, в сфере управления и т. п.)

Iб

140-174

Выполняется сидя, стоя или частично связана с
ходьбой при некотором физическом напряжении (ряд профессий в полиграфической
отрасли, на предприятиях связи, контролеры, мастера на различных видах
производства и т. п.)

IIа

175-232

Связана с постоянной
ходьбой и перемещением мелких (до 1 кг) изделий или предметов, выполняется
стоя или сидя и требует определенного физического напряжения (ряд профессий в
механосборочных цехах машиностроительных предприятий, на прядильно-ткацком
производстве и т. п.)

IIб

233-290

Связана с ходьбой,
перемещением и переноской тяжестей (до 10 кг), сопровождается умеренным
физическим напряжением (ряд профессий в механизированных литейных, прокатных,
кузнечных, термических, сварочных цехах машиностроительных и металлургических
предприятий и т. п.)

III

Более 290

Связана с постоянной
ходьбой и перемещением значительных (свыше 10 кг) тяжестей, требующая больших
физических усилий (ряд профессий в кузнечных цехах с ручной ковкой, литейных
цехах с ручной набивкой и заливкой опок машиностроительных и металлургических
предприятий и т. п.)

На рабочих местах в
производственных помещениях, на которых выполняется работа операторского типа,
связанная с нервно-эмоциональным напряжением (в кабинах, на пультах и постах
управления технологическими процессами, в залах вычислительной техники и др.),
необходимо соблюдать оптимальные параметры микроклимата. Другие рабочие места и
виды работы, при которых должны обеспечиваться оптимальные параметры
микроклимата, определяются санитарными правилами по отдельным отраслям
промышленности и другими документами, согласованными с органами
Госсанэпиднадзора России в установленном порядке.

При выполнении работ различных категорий в холодный
период года оптимальные параметры микроклимата должны соответствовать
величинам, приведенным в табл. 6.

Таблица 6

Оптимальные параметры микроклимата рабочих мест производственных
зданий в холодный период
года

Категория работ по уровню
энергозатрат

Температура внутреннего
воздуха
tв
, °С

Температура поверхности ti, °С

Относительная влажность
внутреннего воздуха φв, %

Скорость движения воздуха vв, м/с, не более

Iа

22-24

21-25

60-40

0,1

Iб

21-23

20-24

60-40

0,1

IIа

19-21

18-22

60-40

0,2

IIб

17-19

16-20

60-40

0,2

III

16-18

15-19

60-40

0,3

Перепады температур
воздуха по высоте и по горизонтали, а также изменения температуры воздуха в
течение смены при обеспечении оптимальных параметров микроклимата на рабочих
местах не должны превышать 2 °С и выходить за пределы значений, указанных в
табл. 6 для отдельных категорий работ.

Допустимые значения параметров микроклимата при
выполнении работ различных категорий в холодный период года должны
соответствовать значениям, приведенным в табл. 7.

Таблица 7

Допустимые параметры микроклимата рабочих мест производственных
зданий в холодный период года

Категория работ по уровню
энергозатрат

Температура внутреннего
воздуха
tв
, °С

Температура поверхности ti, °С

Относительная влажность
внутреннего воздуха φв, %

Скорость движения воздуха vв, м/с

ниже оптимальной

выше оптимальной

ниже оптимальной

выше оптимальной

Iа

20,0-21,9

24,1-25,0

19,0-26,0

15-75*

0,1

од

Iб

19,0-20,9

23,1-24,0

18,0-25,0

15-75

0,1

0,2

IIа

17,0-18,9

21,1-23,0

16,0-24,0

15-75

0,1

0,3

IIб

15,0-16,9

19,1-22,0

14,0-23,0

15-75

0,2

0,4

III

13,0-15,9

18,1-21,0

12,0-22,0

15-75

0,2

0,4

* При
температуре воздуха 25 °С максимально допустимая величина относительной
влажности воздуха не должна превышать 70 %.

При обеспечении допустимых величин микроклимата на
рабочих местах:

• перепад температуры воздуха по высоте должен быть
не более 3 °С;

• перепад температуры воздуха по горизонтали, а
также ее изменения в течение смены не должны превышать: при Iа и Iб — 4 °С; при IIа
и IIб — 5 °С; при III —
6 °С.

При этом абсолютные значения температуры воздуха не
должны выходить за пределы величин, указанных в табл. 7
для отдельных категорий работ.

2.3. Градации влажностного режима помещений

В СНиП
23-02-2003 [1] выделяются четыре градации влажностного режима помещений в
холодный период года в зависимости от относительной влажности и температуры
внутреннего воздуха: сухой, нормальный, влажный и мокрый (табл. 8).

Таблица 8

Влажностный режим помещения

Режим

Относительная влажность
внутреннего воздуха φв, %, при температуре
tв, °С

До 12

Свыше 12 до 24

Свыше 24

Сухой

До 60

До 50

До 40

Нормальный

Свыше 60 до 75

Свыше 50 до 60

Свыше 40 до 50

Влажный

Свыше 75

Свыше 60 до 75

Свыше 50 до 60

Мокрый

Свыше 75

Свыше 60

2.4. Расчетные параметры микроклимата жилых и общественных зданий

В расчете сопротивления теплопередаче ограждений
жилых и общественных зданий, а также нагрузки на системы отопления жилых
помещений по СНиП 23-02-2003
[1] и СНиП
41-01-2003 [11] за расчетную температуру внутреннего воздуха tв
принимается минимальное значение оптимальной температуры, приведенной в табл. 3,4.
При согласовании с органами Госсанэпиднадзора России и по заданию заказчика
допускается для расчета нагрузки на системы отопления жилых помещений принимать
температуру воздуха в пределах допустимых норм по СНиП 41-01-2003 [11].

Отопление нежилых помещений в жилых зданиях, а также
общественных и административно-бытовых помещений выполняется при расчетной
температуре внутреннего воздуха, равной минимальной из допустимых показателей
по табл. 4,
если в данных помещениях не наблюдаются избытки явной теплоты, а в случае
обратного — при экономически целесообразной температуре воздуха в пределах
допустимых норм.

В жилых, общественных и административно-бытовых
помещениях отапливаемых зданий при использовании не по назначению и в нерабочее
время возможно поддержание температурного режима ниже нормы, но не ниже 15 °С в
жилых и не ниже 12 °С в общественных и административно-бытовых помещениях.

Скорость движения воздуха в жилых и общественных
зданиях обеспечивается в пределах допустимых норм.

Относительную влажность внутреннего воздуха φв,
%, для определения температуры точки росы tт.p, °С, в местах
теплопроводных включений ограждающих конструкций, в углах и оконных откосах, откосах
зенитных фонарей следует принимать:

• для помещений жилых зданий, больничных
учреждений, диспансеров, амбулаторно-поликлинических учреждений, родильных
домов, домов-интернатов для престарелых и инвалидов, общеобразовательных школ,
детских садов, яслей, яслей-садов (комбинатов) и детских домов — 55 %;

• для помещений кухонь — 60 %;

• для ванных комнат — 65 %;

• для подвалов и подполий с коммуникациями — 75 %;

• для теплых чердаков жилых зданий — 55 %;

• для помещений общественных зданий (кроме вышеуказанных)
— 50 % по СНиП 23-02-2003
[1].

Параметры микроклимата (или один из них)
допускается принимать в пределах оптимальных норм вместо допустимых, если это
экономически обосновано или соответствует заданию на проектирование.

В МГСН 2.01-99* [12]
приведены расчетные сочетания температуры и относительной влажности для жилых и
общественных зданий, проектируемых в Москве. Эти сочетания приведены в табл. 9.

Таблица 9

Параметры микроклимата помещений, принимаемые при теплотехнических
расчетах ограждающих конструкций

Здание/помещение

Температура внутреннего
воздуха
tв, °С

Относительная влажность
внутреннего воздуха
φв, %

Температура точки росы tт.p, °С

1. Жилое здание, гостиница,
общежитие, общеобразовательное учреждение

20

55

10,7

2. Общественное здание
(кроме 1, 3, 4)

20

50

9,3

3. Поликлиника, лечебное
учреждение, дом-интернат

21

55

11,6

4. Дошкольное учреждение,
хоспис

22

55

12,6

5. Кухонное помещение

20

60

12,0

6. Отапливаемая лестничная
клетка

16

55

7,0

7. Ванная комната,
плавательный бассейн:

— для взрослых

27

67

20,3

— для детей

30

67

23,0

8. Отапливаемая автостоянка

5

75

0,94

Примечание. Для зданий и помещений, не указанных в таблице,
температуру воздуха tв, относительную влажность внутри здания
φв и соответствующую им температуру точки росы tт.p
следует принимать по минимальным значениям оптимальной температуры по
ГОСТ
30494-96 [2] и
нормам проектирования соответствующих зданий.

2.5. Расчетные параметры микроклимата производственных зданий

Расчетная температура для отопления
производственных помещений без избытков явной теплоты равна минимальной из
допустимого интервала по табл. 7,
а для отопления помещений с избытками теплоты — экономически целесообразной в
пределах допустимых норм по СНиП 41-01-2003 [11].
Когда эти помещения не используются и в нерабочее время, температуру в них
можно принимать ниже нормируемой, но не ниже 5 °С.

В производственных зданиях с сухим или нормальным
режимом расчетная температура внутреннего воздуха для теплотехнических расчетов
ограждений принимается по нормам проектирования соответствующих зданий.

В производственных помещениях площадью более 50 м2
на одного работающего обеспечивают расчетную температуру воздуха на постоянных
рабочих местах и более низкую (но не ниже 10 °С) на непостоянных рабочих
местах.

В животноводческих, звероводческих и птицеводческих
зданиях, сооружениях для выращивания растений, постройках для хранения
сельскохозяйственной продукции параметры микроклимата принимают в соответствии
с нормами технологического и строительного проектирования этих зданий.

Для производственных помещений с полностью
автоматизированным технологическим оборудованием, функционирующим без
присутствия людей (кроме дежурного персонала, который постоянно находится в
специальном помещении и периодически осматривает производство или налаживает
оборудование, но не более 2 ч без перерыва), при отсутствии технологических
требований к температурному режиму помещений температуру воздуха в рабочей зоне
принимают равной 10 °С (при отсутствии избытков явной теплоты) и экономически
целесообразной (при наличии избытков явной теплоты).

Скорость движения воздуха в помещениях
производственных зданий обеспечивают в пределах допустимых норм.

Относительная влажность и скорость движения воздуха
в производственных помещениях с полностью автоматизированным технологическим
оборудованием при отсутствии специальных требований не нормируются.

2.6. Пример выбора внутренних условий для теплотехнического
расчета и расчета теплопотерь здания

Район строительства — Москва. Объект строительства
— административное здание.

Параметры микроклимата определяются по табл. 4.

1. Расчетная температура внутреннего воздуха для
выбора наружных ограждений и расчета теплопотерь tв = 19 °С —
минимальное значение оптимальной температуры для помещений категории 2. Но так
как здание расположено в Москве, где действуют более жесткие требования, в
соответствии с МГСН 2.01-99* [12]
по табл. 9
принимается расчетная температура внутреннего воздуха tв = 20
°С.

2. Относительная влажность внутреннего воздуха φв
= 50 % выбирается по примечанию к п. 5.9 СНиП 23-02-2003 [1] (см. п. 2.4
настоящей книги).

По табл. 1 СНиП 23-02-2003 [1] (табл. 8 настоящей книги) выясняется, что эти
параметры соответствуют сухому влажностному режиму.

Глава 3. Теплопередача

Перемещение теплоты всегда происходит от более
теплой среды к более холодной. Процесс переноса теплоты из одной точки
пространства в другую за счет разности температур называется теплопередачей.
Она включает три элементарных вида теплообмена: теплопроводность, конвекцию и
излучение.

3.1. Теплопроводность

3.1.1. Основные положения

Теплопроводность — вид передачи теплоты между
неподвижными частицами твердого, жидкого или газообразного вещества. Таким
образом, теплопроводность — это теплообмен между частицами или элементами
структуры материальной среды, находящимися в непосредственном соприкосновении
друг с другом. При изучении теплопроводности вещество рассматривается как
сплошная масса, его молекулярное строение игнорируется. В чистом виде
теплопроводность встречается только в твердых телах, т.к. в жидких и
газообразных средах практически невозможно обеспечить неподвижность вещества.

Строительные материалы являются пористыми телами. В
порах находится воздух, имеющий возможность двигаться. При рассмотрении
теплопроводности характеристики этого процесса относят к общей массе вещества,
т.е. одновременно к скелету и порам.

3.1.2. Теплопроводность через плоскопараллельную
однородную стенку в стационарных условиях

Большинство ограждений здания представляет собой
плоскопараллельные стенки, перенос теплоты в которых осуществляется в одном
направлении. Кроме того, обычно при теплотехнических расчетах наружных
ограждающих конструкций принимается, что теплопередача происходит в
стационарных тепловых условиях, т.е. при постоянстве во времени всех характеристик
процесса: теплового потока, температуры в каждой точке, теплофизических
характеристик строительных материалов. Поэтому важно рассмотреть процесс
одномерной стационарной теплопроводности в однородном материале, который
описывается уравнением Фурье

                                                                                                                 (3.1)

где qт — тепловой поток,
проходящий через единицу перпендикулярной ему поверхности, Вт/м2;

λ — коэффициент теплопроводности
материала, Вт/(м·°С);

t — температура, изменяющаяся вдоль оси х,
°С.

Отношение dt/dx носит название градиента
температуры и обозначается gradt, °С/м. Этот градиент направлен в
сторону возрастания температуры, которое связано с поглощением теплоты и
уменьшением теплового потока. Знак минус, стоящий в правой части уравнения
(3.1), показывает, что увеличение теплового потока не совпадает с увеличением
температуры.

Рис. 4. Распределение температуры в плоскопараллельной стенке при
переносе теплоты теплопроводностью

Для плоской однородной стенки
(рис. 4) тепловой поток q
т, Вт/м2, передаваемый теплопроводностью через однородную
стенку, определяется по формуле

                                                                                                           (3.2)

где δ — толщина стенки, м;

τ1, τ2 — значение
температуры соответственно на поверхностях стенки 1 и 2, °С.

Из формулы (3.2) следует, что
распределение температуры по толщине стенки — линейное.

Термическое сопротивление
материального слоя Rт, м2·°С/Вт, определяется по
формуле

                                                                                                                       (3.3)

Следовательно,

                                                                                                               (3.4)

Термическое сопротивление слоя —
это сопротивление теплопроводности, равное разности температур на
противоположных поверхностях слоя при прохождении через него теплового потока с
поверхностной плотностью 1 Вт/м2.

Теплообмен теплопроводностью
имеет место в материальных слоях ограждающих конструкций здания.

3.1.3. Коэффициент теплопроводности материала

Коэффициент теплопроводности λ,
Вт/(м·°С), является одной из основных тепловых характеристик материала. Как
следует из уравнения (3.1),
коэффициент теплопроводности материала выражает меру проводимости теплоты
материалом, численно равную тепловому потоку qт, Вт,
проходящему сквозь 1 м2 площади, перпендикулярной направлению
потока, при градиенте температуры, равном 1 °С/м (рис. 5). Чем больше значение λ,
тем интенсивнее в материале процесс теплопроводности и значительнее тепловой
поток. Поэтому теплоизоляционными материалами принято считать материалы с
коэффициентом теплопроводности менее 0,3 Вт/(м·°С).

Рис. 5. К определению коэффициента теплопроводности материала: п
— нормаль к поверхности

Большинство строительных
материалов — пористые тела. Зависимость коэффициента теплопроводности
строительных материалов от их плотности обусловлена тем, что практически любой
строительный материал состоит из скелета — основного строительного вещества — и
воздуха. К.Ф. Фокин [13]
для примера приводит такие данные: коэффициент теплопроводности абсолютно
плотного вещества (без пор) в зависимости от природы имеет теплопроводность от
0,1 Вт/(м·°С) (пластмасса) до 14 Вт/(м·°С) (кристаллические вещества при потоке
теплоты вдоль кристаллической поверхности), в то время как теплопроводность воздуха
около 0,026 Вт/(м·°С). Чем выше плотность материала (меньше пористость), тем
больше значение коэффициента теплопроводности. Понятно, что легкие
теплоизоляционные материалы имеют сравнительно небольшую плотность.

Коэффициент теплопроводности
увеличивается с повышением влажности материала. Влажность характеризуется
наличием в материале химически несвязанной воды. Весовая влажность ωв,
%, определяется отношением массы влаги, содержащейся в образце материала, к его
массе в сухом состоянии:

                                                                                                  (3.5)

где М1, М2
— масса образца материала соответственно до и после высушивания, кг. Объемная
влажность ωо, %, определяется по формуле

                                                                                                             (3.6)

где V1, V2
— соответственно объем влаги в образце материала и самого образца, м3.

На практике чаще пользуются весовой влажностью,
т.к. извлечь в натурных условиях из строительной конструкции целый кусок
материала в качестве образца трудно.

Повышение коэффициента
теплопроводности с увеличением влажности материала происходит из-за того, что
вода, находящаяся в порах материала, имеет коэффициент теплопроводности около
0,58 Вт/(м·°С), что в 22 раза больше, чем у воздуха, находящегося в порах.
Большая интенсивность возрастания коэффициента теплопроводности при малой
влажности вызвана тем, что при увлажнении материала сначала заполняются водой
мелкие поры и капилляры, влияние которых на теплопроводность материала больше,
чем влияние крупных пор. Еще более резко возрастает коэффициент
теплопроводности, если влажный материал промерзает, т.к. лед имеет коэффициент
теплопроводности 2,3 Вт/(м·°С), что в 80 раз больше, чем у воздуха. Установить
общую математическую зависимость теплопроводности материала от его влажности
для всех строительных материалов невозможно (большое влияние оказывает форма и
расположение пор). Однако очевидно, что увлажнение строительных конструкций
приводит к снижению их теплозащитных качеств, увеличивая коэффициент
теплопроводности влажного материала.

Влажностное состояние материалов
в ограждающих конструкциях зданий зависит от климата района строительства и от
влажностного режима помещений. Различные сочетания наружных и внутренних
влажностных режимов формируют два типа условий эксплуатации ограждающих
конструкций: А и Б. Условиям эксплуатации А соответствуют сочетания сухого или
нормального влажностного режима помещений с сухой зоной района строительства, а
также сухого режима помещений с нормальной климатической зоной влажности. Все
остальные сочетания влажностного режима помещений и климатических зон влажности
формируют условия эксплуатации Б (табл. 10).

Таблица 10

Условия эксплуатации ограждающих конструкций

Влажностный режим помещения
(по
табл. 8)

А и Б в зоне влажности (по прил. 1)

сухой

нормальной

влажной

Сухой

А

А

Б

Нормальный

А

Б

Б

Влажный или мокрый

Б

Б

Б

В соответствии с
условиями эксплуатации строительной конструкции принимается значение
коэффициента теплопроводности λА или λБ,
Вт/(м·°С).

Коэффициент теплопроводности материала
увеличивается с повышением температуры, при которой происходит передача
теплоты. Усиление теплопроводных свойств объясняется возрастанием кинетической
энергии молекул скелета вещества. Увеличивается также и теплопроводность
воздуха в порах материала, и интенсивность передачи в них теплоты излучением. В
строительной практике зависимость теплопроводности от температуры большого значения
не имеет. Расчет коэффициента теплопроводности материала при 0 °С λ0,
Вт/(м·°С), на основании величины, полученной при температуре до 100 °С,
выполняется по эмпирической формуле О.Е. Власова [14]:

                                                                                                                 (3.7)

где λt — коэффициент теплопроводности материала,
Вт/(м·°С), при соответствующей температуре t, °С;

βt — температурный коэффициент для различных
материалов, равный около 0,0025 1/°С.

Рекомендуемые в СП 23-101-2004 [7] значения
λ приняты при температуре 25 °С. Для различных строительных материалов с
указанием их плотности расчетные значения λ, соответствующие условиям
эксплуатации А и Б, приведены также в [15,
16].
При этом в таблицах из [7,
15,
16]
указана весовая влажность материала, соответствующая условиям эксплуатации.

Однако величины коэффициентов
теплопроводности, приведенные в СП 23-101-2004 [7], получены
исследованиями по разным методикам
[15]. Дело в том, что расчетные значения
коэффициентов теплопроводности различных конструкционных и теплоизоляционных
строительных материалов, указывавшиеся в ранее действовавшем СНиП II-3-79* [17], определены при температуре 0 °С [13].
Температура 0 °С соответствует средней температуре наружной стены здания в
зимнее время, когда значительная часть слоя утеплителя находится в зоне
отрицательной температуры. Согласно методикам ГОСТ
26254-84 [18] и ГОСТ 530-95 [19],
коэффициенты теплопроводности установлены в ходе исследований теплозащитных
качеств материалов наружных ограждающих конструкций эксплуатируемых зданий или
фрагментов наружных стен размерами 1,5
´1,0 и 1,8´1,8 м в климатической камере.
Температурно-влажностный и воздушный режимы исследуемого ограждения
соответствуют расчетной температуре холодного периода года, т.к. исследования
проводятся при температуре наружного воздуха (или ее имитации в камере), равной
-20…-30 °С. Такой подход учитывает влияние замерзшей влаги и фильтрации
холодного воздуха на увеличение коэффициента теплопроводности. По методике ГОСТ
7076-99 [20], коэффициенты теплопроводности ячеистых бетонов,
полистиролбетона и современных мягких теплоизоляционных материалов определены в
лабораторных условиях на плитках размером 250
´250´50 мм при температуре 10 и 20 °С. Полученные
таким образом коэффициенты отличаются в меньшую сторону от значений, полученных
при испытаниях в натурных условиях или на фрагментах стен в климатической
камере, т.к. указанная методика исключает влияние замерзшей влаги и фильтрации
холодного воздуха. Поэтому при определении сопротивления теплопередаче
ограждений в расчетный зимний период в
[15] значения коэффициентов теплопроводности теплоизоляционных
материалов (минераловатных и пенополистирольных плит), полученных по ГОСТ
7076-99 [20], рекомендуется увеличивать на 30 % в невентилируемых
конструкциях и на 20 % в вентилируемых.

Теплотехнические характеристики
легких утеплителей наиболее полно даны в СП 23-101-2004 [7], кирпичной
кладки на различных растворах и кладки из полистиролбетона — в
[15], ячеистых бетонов — в [16].

3.2. Конвекция

3.2.1. Основные положения

Конвекция — перенос теплоты
движущимися частицами вещества. Конвекция наблюдается только в жидких и
газообразных веществах, а также между жидкой или газообразной средой и
поверхностью твердого тела (рис. 6). При этом осуществляется и
теплопроводность. Совместное воздействие конвекции и теплопроводности в
пограничной области у поверхности тела называют конвективным теплообменом.

Рис. 6. Конвекция

Конвекция имеет место на
наружной и внутренней поверхностях ограждений здания. В теплообмене внутренних
поверхностей помещения конвекция играет существенную роль. При различных
значениях температуры поверхности и прилегающего к ней воздуха происходит
переход теплоты в сторону меньшей температуры. Тепловой поток, передаваемый
конвекцией, зависит от режима движения жидкости или газа, омывающих
поверхность; температуры, плотности и вязкости движущейся среды; шероховатости
поверхности; разности между температурами поверхности и омывающей ее среды.

Процесс теплообмена между
поверхностью и газом (или жидкостью) протекает различно в зависимости от
природы возникновения движения газа. Выделяют естественную и вынужденную
конвекцию.

В первом случае движение газа
происходит за счет разности температур поверхности и газа, во втором — за счет
влияния внешних сил (работы вентиляторов, ветра).

Вынужденная конвекция в общем
случае может сопровождаться и естественной конвекцией, но из-за того что
интенсивность вынужденного процесса заметно больше, то при его рассмотрении естественной
конвекцией часто пренебрегают.

В дальнейшем будут рассмотрены
только стационарные процессы конвективного теплообмена, предполагающие
постоянство во времени скорости и температуры в любой точке воздуха. Однако
поскольку температура элементов помещения изменяется довольно медленно,
полученные для стационарных условий зависимости могут быть распространены и на
процесс нестационарного теплового режима помещения, при котором в каждый
рассматриваемый момент процесс конвективного теплообмена на внутренних
поверхностях ограждений считается стационарным. Полученные для стационарных
условий зависимости могут быть распространены и на случай внезапной смены
природы конвекции от естественной к вынужденной, например, при включении
рециркуляционного аппарата для нагрева помещения (фэнкойла или сплит-системы в
режиме теплового насоса). Во-первых, новый режим движения воздуха
устанавливается быстро. Во-вторых, требуемая точность инженерной оценки
процесса теплообмена ниже возможных неточностей от отсутствия коррекции
теплового потока в течение переходного состояния.

В практических расчетах
конвективного теплового потока qк, Вт, передаваемого
конвекцией от движущейся среды к поверхности или наоборот (рис. 6), применяют уравнение Ньютона

qк = αк(ta — τ),                                                                                                               (3.8)

где αк — коэффициент конвективного теплообмена (теплоотдачи конвекцией) на
поверхности стенки, Вт/(м2·°С);

ta
температура воздуха, омывающего поверхность стенки, °С;

τ — температура поверхности
стенки, °С.

3.2.2. Движение воздуха у внутренней поверхности
ограждения

В обычных условиях на внутренней
поверхности ограждения наблюдается естественная конвекция. В таком процессе
выделяют хорошо изученный идеальный случай свободной конвекции, когда
практически неограниченная по длине поверхность находится в большом объеме
воздуха. Температура поверхности постоянна по длине и ширине. Воздух вдали от
поверхности неподвижен, и его температура одинакова. Если температура стенки
будет выше температуры воздуха, это вызовет нагрев прилегающего к поверхности
воздуха и подъем его вверх за счет вытеснения снизу более холодным воздухом.
При охлаждении теплообмен аналогичен процессу нагрева воздуха, но
противоположен по направлению.

Около нагретой (или охлажденной)
поверхности формируется пограничный слой (рис. 7), толщина которого возрастает
по направлению движения. Существенное влияние на процесс конвективного
теплообмена оказывает характер движения газа. Из гидродинамики известно, что
существуют два основных режима течения: ламинарный и турбулентный. В первом
случае частицы газа движутся не перемешиваясь, параллельно поверхности, с
которой газ обменивается теплотой; во втором — неупорядоченно, хаотически,
направление и скорость отдельных частиц непрерывно изменяются. Так вот, в
нижней части нагретой поверхности движение воздуха имеет ламинарный характер, а
на некотором расстоянии от начала движения становится турбулентным. Процесс
теплообмена на поверхности ограждения в ламинарной и турбулентной зонах
происходит по-разному.

Рис. 7. Изменение
коэффициента теплоотдачи при свободном движении вдоль вертикальной стенки:
δ — толщина пограничного слоя; 1 — зона ламинарного течения воздуха; 2 —
зона переходного течения воздуха; 3 — зона турбулентного течения воздуха

Около поверхности температура и
скорость воздуха изменяются по направлению его движения, причем температура
меняется в пределах теплового пограничного слоя, а скорость снижается в
пределах гидродинамического пограничного слоя. В общем случае размеры этих
слоев не совпадают. Толщина ламинарного пограничного слоя растет по высоте, в
переходной области происходит резкое увеличение толщины пограничного слоя, а в
турбулентной области она остается неизменной.

Интенсивность естественного
конвективного потока для любых форм поверхностей и сред в обобщенном виде
определяется произведением критериев Грасгофа

и Прандтля

Для воздуха в помещении с
температурой 20 °С произведение этих критериев, подсчитанное В.Н. Богословским
в [21],
равно

где bt — коэффициент температурного расширения
воздуха, равный 1/Т= 1/293 1/К;

g — ускорение свободного
падения, м/с2; g = 9,81 м/с2;

l — определяющий
размер поверхности в направлении потока воздуха, м;

Dt
разность температур поверхности и воздуха, °С;

v — коэффициент кинематической вязкости
воздуха, м2/с; при температуре воздуха 20 °С v = 15,06·10-6
м2/с;

Рr = 0,709 для воздуха с температурой 20 °С.

Переход от ламинарного к
турбулентному режиму происходит на некотором расстоянии
lкр, м, от начала поверхности. По данным Эккерта [22],
для воздуха этот переход происходит при критическом значении критерия Грасгофа:

Отсюда полученное В.Н.
Богословским в [21]
критическое расстояние, на котором происходит переход от ламинарного к
турбулентному режиму, равно

и зависит от разности температур
поверхности и воздуха (табл. 11).

Таблица 11

Влияние разности температур на расстояние перехода от ламинарного
режима течения воздуха к турбулентному

Разность температур Dt, °С

0,5

1

2

3

4

5

6

Критическое расстояние lкр, м

2,83

1,89

1,50

1,31

1,19

1,11

1,04

Как видно из табл. 11, не
совсем верно утверждение, что в помещении естественный конвективный теплообмен
происходит преимущественно при турбулентном режиме течения воздуха у
поверхности ограждения*.

* Вывод о преимущественно
турбулентном течении сделан в [23],
где А.М. Шкловер опирается на данные М.А. Михеева [24] о
переходе от ламинарного к турбулентному режиму при произведении GrPr = 2·107,
когда переход осуществляется на расстоянии
, что определяет расстояние lкр ≈ 0,25 м даже при Dt = 0,5 °С.

3.2.3. Коэффициент конвективного теплообмена на
внутренней поверхности ограждения при естественной конвекции

Для расчета коэффициента
конвективного теплообмена сначала А.М. Шкловером [23],
а затем В.Н. Богословским [21]
были предложены формулы исходя из преимущественно турбулентного течения воздуха
у внутренних поверхностей ограждения, для которого М.А. Михеев [24]
на основе экспериментальных данных привел зависимость

                                                                                                   (3.9)

При температуре внутреннего
воздуха 20 °С коэффициент конвективного теплообмена αк, Вт/(м2·°С),
для вертикальных ограждений равен

                                                                                                              (3.10)

для горизонтальной нагретой
поверхности, обращенной вверх, или охлажденной, обращенной вниз,

                                                                                                             (3.11)

для горизонтальной нагретой поверхности, обращенной
вниз, или охлажденной, обращенной вверх,

                                                                                                               (3.12)

Следует отметить, что если температура воздуха
отличается от 20 °С, при которой были получены коэффициенты в формулах (3.10)-(3.12), то эти коэффициенты будут уменьшаться на 1 %
при увеличении температуры воздуха на 10 °С и, наоборот, возрастать при падении
температуры воздуха на 10 °С [21].

Из формул (3.10)-(3.12) видно, что величина конвективного
теплообмена в турбулентной области зависит только от разности температур
воздуха и внутренней поверхности ограждения.

Однако в [25]
формулы
(3.10)-(3.12) и
утверждение о преимущественно турбулентном течении воздуха у внутренних
поверхностей наружных ограждений подвергаются сомнению. Дело в том, что при
получении основополагающих обобщенных зависимостей и границ их применения
исследовались процессы, в которых разность температур достигала 50-70 °С, тогда
как на поверхности ограждения эта разность никогда не превышает 20 °С, а в
большинстве случаев составляет 1-6 °С. А.В. Лыковым [26]
сформулировано теоретическое обоснование физических особенностей теплообменных
процессов с небольшими разностями температур в пристенной зоне. В [25]
утверждается, что по А.В. Лыкову переход к турбулентному режиму течения
происходит при соблюдении двух условий. Во-первых, необходимо, чтобы GrPr >
109, и, во-вторых, чтобы скорость движения воздуха в переходной зоне
была равна не менее 0,91 м/с. При этой скорости критерий Рейнольдса Re =
1,79·105, что не превышает верхний предел значения для ламинарного движения
Re = 3·105 [25].
Натурные и лабораторные исследования однородных наружных стен в климатической
камере, а также интерферометрическое моделирование выполнялись [25]
при значениях критерия Рейнольдса в пределах 4·104-1,4·105.
Поэтому вслед за А.В. Лыковым авторы [25]
А.И. Ананьев, Л.В. Иванов и В.М. Комов предлагают считать, что на внутренней
поверхности ограждения соблюдается ламинарный режим движения воздуха.

Для ламинарной зоны В.Н.
Богословским [21]
из критериального выражения, определяющего интенсивность теплообмена в
произвольном сечении х при Р
r
= 0,709,

                                                                                                      (3.13)

выведена формула расчета
среднего по длине
l,
м, значения коэффициента конвективного теплообмена αк, Вт/(м2·°С).
Для вертикальных ограждений при температуре воздуха 20 °С он равен

                                                                                                          (3.14)

Формула (3.14) приводит даже к
завышенным значениям коэффициентов конвективного теплообмена по сравнению с
полученными из экспериментальных исследований [25].
Следует отметить также, что В.Н. Богословский в статье, написанной в 2000 году
(вместе с О.Д. Самариным), [27]
признавал преимущественное ламинарное течение на поверхностях ограждения,
ссылаясь в ней на работу [25],
и применял для обработки данных натурных экспериментов некоторые зависимости,
соответствующие этому утверждению.

Для горизонтальной нагретой
поверхности, обращенной вверх, или охлажденной, обращенной вниз, величина
коэффициента конвективного теплообмена αк, Вт/(м2·°С),
составит

                                                                                                          (3.15)

для горизонтальной нагретой
поверхности, обращенной вниз, или охлажденной, обращенной вверх,

                                                                                                       (3.16)

Сравнение коэффициентов
теплоотдачи внутренней поверхности ограждения, рассчитанных при преимущественно
турбулентном и ламинарном течениях воздуха, приведено на рис. 8. Согласно
рисунку, если принять в качестве преимущественного ламинарное движение воздуха,
значения αк придется считать несколько меньшими, чем при
общепринятом турбулентном. Причем снижение значения αк тем
заметнее, чем больше разность температур воздуха помещения и внутренней поверхности
ограждения и чем длиннее сама поверхность.

Рис. 8. Значения коэффициента конвективного теплообмена αк, Вт/(м2·°С), рассчитанные по формулам (3.10)-(3.12) для турбулентного режима течения воздуха у
поверхности ограждения и по формулам (3.14)-(3.16) для ламинарного режима при
различной длине поверхности вдоль потока l: а — у вертикальной поверхности; б — у горизонтальной
нагретой поверхности, обращенной вверх, или охлажденной, обращенной вниз; в —
для горизонтальной нагретой поверхности, обращенной вниз, или охлажденной,
обращенной вверх

3.2.4. Коэффициент конвективного теплообмена на
внутренней поверхности ограждения при смешанной или вынужденной конвекции

В помещении всегда есть некая
подвижность воздуха, не зависящая от естественной конвекции на поверхности
ограждения, поэтому конвективный теплообмен принимает характер смешанной
(естественной и вынужденной) конвекции. Для учета общей подвижности воздуха в
помещении В.Н. Богословский [21]
предложил энергетический подход, при котором, зная вынужденную подвижность
воздуха vв в помещении, можно было бы установить разность
температур
Dtv,
формирующую конвективный поток вдоль поверхности с такой же интенсивностью
теплообмена. Для этого потенциальная энергия естественного конвективного потока
1 кг воздуха приравнивается к кинетической энергии вынужденного движения
воздуха. Потенциальная энергия естественной конвекции Wп, Вт, за счет
разности температур
Dtv
в гравитационном поле равна

Wп = lbDtvg,

а кинетическая энергия этого воздуха Wк, Вт, движущегося со
скоростью ve, м/с, в естественном потоке составляет

Считая потери на трение
пренебрежимо малыми, получаем равенство

                                                                                                     (3.17)

Принимая во внимание положение [21]
о том, что теплообмен в потоке свободной конвекции оказывается таким же, как и
в вынужденном, если скорость вынужденного движения vк, м/с,
равна половине максимальной скорости свободного потока ve
получаем

                                                               (3.18)

Таким образом, зная подвижность
воздуха
vк
вдоль поверхности при вынужденном движении, можно установить разность
температур
Dtv
при которой теплообмен воздуха с поверхностью при свободной конвекции
соответствовал бы теплообмену в вынужденном потоке воздуха, движущегося со
скоростью
vк.

Формула (3.18) позволяет принять
условную разность температур
Dtусл как сумму
разностей температур при свободной конвекции
Dt и вынужденной Dtv:

Dtусл = Dt + Dtv.                                                                                                           (3.19)

В качестве определяющего размера
l, м, принимается
высота помещения. Для расчета коэффициента конвективного теплообмена
aк, Вт/(м2·°С), при вынужденной конвекции часто применяют
формулу Франка
[6, 23]:

aк = 7,34v0,656 + 3,78e-1,91v.                                                                                         (3.20)

Эта формула может быть
использована для расчета коэффициента как на внутренней, так и на наружной
поверхностях ограждения.

Если в помещении работает
рециркуляционный вентиляционный аппарат (фэнкойл или сплит-система) или приток
в помещение осуществляется механической вентиляцией, которая создает достаточно
высокую подвижность воздуха (выше 0,3 м/с), конвекцию можно считать
вынужденной. На основании экспериментальных данных по рекомендации AS HRAE
1985b [28]
коэффициент конвективного теплообмена
aк, Вт/(м2·°С), принимаемый для вынужденной конвекции, равен

aк
= 5,6 + 3,9
v2.                                                                                                          (3.21)

3.2.5. Коэффициент конвективного теплообмена на
наружной поверхности ограждения

Конвективный теплообмен на
наружной поверхности ограждения происходит при вынужденном движении воздуха.
Применительно к этому случаю В.М. Ильинским
[6] предложена формула для расчета коэффициента
конвективного теплообмена
aк, Вт/(м2·°С), в зависимости от скорости ветра v и
характерного (наименьшего) размера обдуваемой поверхности:

                                                                                                               (3.22)

Эта формула основана на зависимости, полученной
экспериментальным путем М.А. Михеевым [24],
для вынужденной конвекции:

Nu = 0,032Re0,8.                                                                                                          (3.23)

Здесь

где l — коэффициент теплопроводности воздуха
Вт/(м·°С); принят В.М. Ильинским при температуре воздуха 0 °С
l = 0,025 Вт/(м·°С);

v — коэффициент кинематической вязкости
воздуха, м2/с; принят В.М. Ильинским при температуре воздуха 0 °С v
= 13,7·10-6 м2

3.3. Излучение

3.3.1. Основные положения

Излучение, или лучистый
теплообмен, — это перенос теплоты с поверхности на поверхность через
лучепрозрачную среду электромагнитными волнами, трансформирующимися в теплоту
(рис. 9).

Рис. 9. Теплообмен излучением

Например, лучистый теплообмен
происходит между поверхностями, обращенными в помещение, наружными
поверхностями различных зданий, поверхностями земли и неба. Важен лучистый
теплообмен между внутренними поверхностями ограждений помещения и поверхностью
отопительного прибора. Во всех этих случаях лучепрозрачной средой, пропускающей
тепловые волны, является воздух.

Каждая поверхность тела в зависимости от своей
температуры излучает энергию в виде волн различной длины. Видимые световые лучи
имеют длину волны от 0,4 до 0,8 мк, а инфракрасные — тепловые — от 0,8 до 800
мк. Это излучение называется собственным. В соответствии с законом Планка при
значениях температуры, имеющих место в помещениях, подавляющая часть энергии
излучается в узком диапазоне длин волн, поэтому собственное излучение
поверхностей в помещениях может считаться монохроматическим.

Если на поверхность падает
лучистая энергия, то, как известно, часть ее поглощается телом, повышая его
температуру, часть отражается, а если это лучепрозрачное тело, то часть
падающей энергии пропускается сквозь него. Тело, которое поглощает всю падающую
на него лучистую энергию, называется абсолютно черным; то, которое частично
отражает лучистый поток, — серым; то, которое отражает всю падающую лучистую
энергию, — абсолютно белым; тело, пропускающее всю энергию через себя, —
абсолютно прозрачным.

Собственное излучение
поверхности абсолютно черного тела q, Вт/м2, по закону
Стефана-Больцмана пропорционально четвертой степени абсолютной температуры
тела:

                                                                                                            (3.24)

где Со
коэффициент излучения абсолютно черного тела; Со = 5,67 Вт/(м2·К4);

Т
— температура излучающей поверхности по шкале абсолютных температур, К.

Это означает, что интенсивность
излучения резко возрастает с повышением температуры поверхности тела.

Серые тела излучают меньше
энергии, чем абсолютно черные. Их коэффициент излучения С, Вт/( м2·К4),
может быть представлен в виде

С = Соe,                                                                                                                     
(3.25)

где e — степень черноты серого тела или относительный
коэффициент излучения поверхности.

Для серой поверхности e < 1. Поверхности в помещении имеют
высокие коэффициенты излучения — больше чем 0,8 (исключение составляют
побеленные поверхности, у которых
e = 0,62).

По закону Кирхгофа у серых тел
коэффициент излучения равен коэффициенту поглощения. Так как поверхности
излучают собственную и отраженную теплоту, эту сумму называют эффективным
излучением поверхности (рис. 10). Из-за того что коэффициенты поглощения в
помещении близки к 1, отраженная от них часть лучистой энергии, упавшей от
других поверхностей, близка к 0. Поэтому отраженной частью излучаемой энергии
пренебрегают и эффективное излучение считают равным собственному.

Рис. 10. Структура лучистых потоков на поверхности серого тела: qпогл
— поглощенный лучистый поток, Вт/м2; qпад
падающий лучистый поток, Вт/м2; qотр — отраженный
лучистый поток, Вт/м2; q — собственное излучение поверхности,
Вт/м2; qэфф — эффективное излучение поверхности,
Вт/м2

3.3.2. Приведенный коэффициент излучения

Для учета взаимодействия двух
серых поверхностей со своими коэффициентами излучения
e1 и e2 в расчет вводится приведенный коэффициент излучения eпр,1-2, который может быть рассчитан для трех идеальных случаев.

1. Если поверхности малы или
расстояние между ними велико настолько, что отраженная часть излучения,
возвращающаяся на излучающую поверхность, становится пренебрежимо малой, то

eпр,1-2 = e1e2                                                                                                                 (3.26)

2. Если расстояние между двумя
параллельными поверхностями по сравнению с их размерами мало настолько, что вся
излучаемая ими теплота попадает друг на друга и вся отраженная от соседней
поверхности возвращается на излучающую до полного ее поглощения, то

                                                                                                    (3.27)

3. Если одна поверхность
площадью А1, м2, окружена со всех сторон другой
поверхностью площадью А2, м2, как, например, сфера
в сфере, цилиндр в цилиндре, то

                                                                                               (3.28)

Рис. 11. Приведенные коэффициенты излучения:
1 — по формуле (3.26); 2 — по формуле (3.28)

При произвольном расположении
поверхностей в помещении точный расчет
eпр,1-2 труден. Реальные значения приведенного коэффициента излучения двух
поверхностей лежат между величинами, полученными по формулам (3.26) и (3.28),
которые показаны на рис. 11. Для высоких значений коэффициентов излучения
поверхностей
e1 и e2 в помещении эти величины мало отличаются друг от друга, и поэтому eпр,1-2 можно считать по формуле (3.27), которая приводит к среднему между
крайними значениями результату.

3.3.3. Коэффициент облученности

Тепловая энергия излучается
поверхностью во всех направлениях. По закону Ламберта распределение этой
энергии по направлениям излучения пропорционально косинусу угла между
направлением излучения и перпендикуляром к излучающей поверхности. Важно и то,
что при лучистом теплообмене двух поверхностей не вся теплота, излучаемая
поверхностью 1, падает на поверхность 2.

Чтобы определить долю тепловой
энергии, падающей с поверхности 1 на поверхность 2, выделим на поверхностях 1 и
2 элементарные площадки 1 и 2 (рис.
12). Будем считать, что отрезок прямой, соединяющей центры площадок, является
линией, по которой излучение взаимно направлено с площадок друг на друга.
Расстояние R, м, между площадками равно отрезку прямой между их
центрами. Восстановим из центров площадок перпендикуляры к ним и получим углы
b1 и b2 между перпендикулярами и соединяющей площадки прямой. С учетом закона
распределения энергии доля теплоты
j1-2 падающая на элементарную площадку 2
с площадки 1:

                                                                                          (3.29)

Рис. 12. Взаимооблучаемые плоскости

Чтобы узнать долю теплоты,
падающей с элементарной площадки 1 на всю поверхность А2,
надо проинтегрировать выражение (3.29) по А2, а чтобы
рассчитать долю теплоты
j1-2, падающей со всей поверхности 1 на поверхность 2, надо это выражение
проинтегрировать еще и по А1:

                                                                                    (3.30)

Значения коэффициентов облученности подчиняются
трем геометрическим законам излучения: замкнутости, взаимности,
распределительности лучистых потоков.

Первый закон описывает свойство
замкнутости лучистых потоков для невогнутых поверхностей и состоит в том, что
сумма коэффициентов облученности с поверхности 1 в сторону всех окружающих
поверхностей п равна единице, т.е.

Sj1-п = l.                                                                                                                      (3.31)

Второй закон касается свойства
взаимности лучистых потоков и утверждает, что поток с поверхности 1 на
поверхность 2 равен потоку с поверхности 2 на поверхность 1, следовательно,

А1j1-2 = А2j2-1.                                                                                                            (3.32)

Третий закон раскрывает свойство
распределительности лучистых потоков и показывает, что поток с поверхности 1 на
поверхность 2 может быть представлен в виде суммы потоков между т отдельными
частями поверхности 1 и п частями поверхности 2:

                                                      (3.33)

Для простых случаев расчета
коэффициентов облученности выведены формулы. Метод нахождения угловых
коэффициентов алгебраическим путем разработан Г.Л. Поляком [29].

Для случаев, имеющих практическое значение, ниже
приведено несколько формул расчета коэффициентов облученности.

Если элементарная площадка
расположена над углом параллельного ей прямоугольника (рис. 13), коэффициент
облученности
jji равен

                              (3.34)

а если над углом
перпендикулярного ей прямоугольника (рис. 14), то

                                                          (3.35)

Расположение двух прямоугольных
поверхностей и обозначения представлены на рис. 15. При двух одинаковых
поверхностях в параллельных плоскостях, расположенных друг против друга,

  (3.36)

где a, b — стороны
прямоугольников, м;

n — расстояние между ними, м;

при этом х = b/n, у = а/n, z = 1 + х2, w = 1 + у2.

Для поверхностей в
перпендикулярных плоскостях с общей гранью

            (3.37)

где p — отношение длины окружности к диаметру; p = 3,14159265;

а — общая грань, м;

b, с — сторона
соответственно 1-го и 2-го прямоугольника, м.

Рис. 13. Коэффициент облученности с
элементарной площадки на поверхность в параллельной плоскости

Рис. 14. Коэффициент облученности с элементарной площадки на
поверхность в перпендикулярной плоскости

Рис. 15. Расположение поверхностей:
а — в параллельных плоскостях друг против друга; б — в перпендикулярных
плоскостях с общей гранью

Рис. 16. Коэффициент облученности с поверхности на поверхность:
а — в параллельных плоскостях; б — в перпендикулярных плоскостях

Кривые изменений коэффициентов
облученности при расположении поверхностей в параллельных и перпендикулярных
плоскостях относительно друг друга представлены на рис. 16а, 16б.

Формулы (3.36) и (3.37)
считаются базовыми и вместе с геометрическими законами излучения позволяют
определять коэффициент облученности для различных схем расположения
поверхностей в помещении. Наиболее важные для расчета температурного режима в
помещении варианты расположения поверхностей относительно друг друга и формулы
расчета коэффициентов облученности с одной на другую приведены ниже. При этом
площади поверхностей обозначены буквой А с индексом, соответствующим
номеру поверхности.

Коэффициент облученности j1-2 для схемы № 1 (рис. 17):

                                                         (3.38)

Коэффициент облученности j1-2 для схемы № 2 (рис. 18):

                         (3.39)

Коэффициент облученности j1-2 для схемы № 3 (рис. 19):

                           (3.40)

Рис. 17. Схема расположения поверхностей № 1

Рис. 18. Схема расположения поверхностей № 2

 

Рис. 19. Схема расположения поверхностей № 3

Рис. 20. Схема расположения поверхностей № 4

Рис. 21. Схема расположения поверхностей № 5

Рис. 22. Схема расположения поверхностей № 6

Коэффициент облученности j1-2 для схемы № 4 (рис. 20):

                                                          (3.41)

Коэффициент облученности j1-2 для схемы № 5 (рис. 21):

                         (3.42)

Коэффициент облученности j1-2 для схемы № 6 (рис. 22):

           (3.43)

3.3.4. Лучистый теплообмен между поверхностями
помещения

Упрощающие допущения, обычно принимаемые при моделировании
лучистого теплообмена в помещении, наиболее точно сформулированы Ю.А.
Табунщиковым и М.М. Бродач в [30].
Эти допущения сводятся к следующим:

• поверхности в помещении есть прямоугольные
пластины, которые не затеняют одна другую, параллельны или расположены под
прямым углом друг к другу; поверхности в целом изотермичны или могут быть разделены
на несколько прямоугольных изотермичных частей;

• теплотехнические показатели
поверхностей не зависят от температуры;

• лучистая теплота не
поглощается воздухом помещения; поверхности являются серыми, и тепловое
излучение их подчиняется закону Ламберта.

При лучистом теплообмене двух
поверхностей каждая излучает собственную энергию в соответствии со своей
температурой. Лучистым потоком
Q1-2, Вт, принято
считать разность этих излучений в направлении от поверхности с большей
температурой к поверхности с меньшей:

                                                           (3.44)

Так как Т1
> Т2, к разности излучений с поверхностей 1 и 2 применимо
понятие приведенного коэффициента излучения
eпр,1-2. Кроме того, по закону взаимности лучистых потоков j1-2А1 = j2-1А2.

Тогда формулу (3.44) можно
записать более компактно:

                                                                     (3.45)

Разность четвертых степеней
температуры в практических расчетах неудобна. Да и сами инженерные расчеты
принято выполнять, используя не абсолютную шкалу температур, а шкалу Цельсия.
Поэтому введем коэффициент, линеаризующий формулу (3.45), так называемый
температурный множитель
b1-2:

                                                                                              (3.46)

Рис. 23. Зависимость температурного коэффициента b от
температуры t1
и t2
теплообменивающихся поверхностей

Значения температурного
множителя в практически значимом для расчета теплопотерь здания диапазоне
температур приведены на рис. 23. Для условий помещения, где значения
температуры поверхностей сравнительно мало отличаются друг от друга, при
вычислениях температурного множителя можно использовать эмпирическую формулу,
предложенную В.Н. Богословским [21]:

b1-2 = 0,81 + (t1
+
t2)×0,005.                                                                                       
(3.47)

После введения температурного
множителя лучистый поток от поверхности 1 к поверхности 2 примет вид

Q1-2 = Coeпр,1-2b1-2φ1-2
A1(
t1t2).                                                                                 (3.48)

3.3.5. Радиационная температура окружающих
поверхностей

При расчете теплопотерь
наибольший интерес вызывает лучистый поток на наружное ограждение со всех
окружающих поверхностей. Если в помещении насчитывается
I поверхностей, то лучистый тепловой поток,
уходящий с внутренней поверхности наружного ограждения 1 в сторону окружающих
ее поверхностей, Q1, Вт, определяется по формуле

Q1 = Co Σeпр,1-2φ1-2b1-2 A1(t1ti), (i = 2, 3,…, I).                                                         (3.49)

Принято считать, что приведенные
коэффициенты излучения для всех пар поверхностей в помещении одинаковы и
приблизительно равны
eпр = 0,93·0,93 = 0,865. Температурные множители для всех пар поверхностей
также практически одинаковы. Тогда при раскрытии скобок, получается

Q1 = CoeпрbA1t1 Σφ1-i
Co
eпрbA1Σtiφ1-i.                                                                      (3.50)

По закону замкнутости лучистых
потоков
Σφ1-i
= 1. Величину
Σtiφ1-i
принято называть радиационной температурой trl, °С,
относительно поверхности 1:

trl = Σtiφ1-i                                                                                                                    (3.51)

Радиационная температура
является усредненной температурой поверхностей, окружающих поверхность 1 (по
признаку эквивалентности лучистого теплообмена поверхности 1 со всеми
окружающими). При усреднении температура каждой поверхности берется в доле,
равной коэффициенту облученности с поверхности 1 на эту поверхность, что
отвечает физическому смыслу коэффициента φ1-i. (Зачастую для
упрощения расчетов радиационная температура определяется при усреднении
температуры окружающих поверхностей по их площади, как это показано в п. 2.1.)

Теперь формула (3.49) может быть
переписана в более компактном виде:

Q1 = CoeпрbA1(t1trl).
                                                                                               
(3.52)

3.3.6. Коэффициент лучистого теплообмена

В практике расчетов теплового
потока при лучистом теплообмене используют упрощенную формулу. Интенсивность
передачи теплоты излучением
qл, Вт/м2,
определяется разностью температур поверхностей, участвующих в лучистом
теплообмене:

qл = αл(t1
t2),                                                                                                             (3.53)

где t1 и t2 — температура поверхностей, обменивающихся
лучистой теплотой, °С;

αл — коэффициент лучистого теплообмена на
поверхности стенки, Вт/(м2·°С).

Как следует из формулы (3.48), коэффициент лучистого
теплообмена между двумя поверхностями
αл,1-2, Вт/(м2·°С),
определяется по формуле

αл,1-2 = Cob1-2eпр,1-2φ1-2                                                                                                                                  (3.54)

Коэффициент лучистого
теплообмена равен плотности теплового потока, передаваемого излучением от
поверхности 1 к поверхности 2 при разности температур поверхностей в 1 °С.

Если в расчет не вводить
описанных выше допущений, то более полно коэффициент лучистого теплообмена может
быть записан исходя из формулы (3.45):

                                                                        (3.55)

Каждая поверхность в помещении
обменивается лучистой теплотой со всеми окружающими ее поверхностями.
Коэффициент лучистого теплообмена между одной поверхностью 1 и окружающими
поверхностями
i αл,1, Вт/(м2·°С), принято относить к
этой одной, поэтому для любой поверхности, обращенной в помещение, можно
вывести формулу

                                                                    (3.56)

или

αл,1 =
CoΣ
b1-ieпр,1-iφ1-i                                                                                                   (3.57)

Средняя температура внутренних
поверхностей ограждений равна радиационной температуре. Коэффициент лучистого
теплообмена поверхности 1 в соответствии с формулой (3.52) равен

αл,1 = Cobeпр.                                                                                                               
(3.58)

Если принять разность температур
между внутренними поверхностями наружного ограждения и окружающих внутренних
ограждений последовательно равной 2,4,6 °С при температуре внутренних
ограждений 20 °С, то температурный множитель примет соответственно значения b
= 1, b = 0,99, b = 0,98, а коэффициенты лучистого теплообмена
будут соответственно равны
αл,1  = 5,67·0,865·1 = 4,9 Вт/(м2·°С); αл,1 = 5,67·0,865·0,99 = 4,85 Вт/(м2·°С); αл,1 = 5,67·0,865·0,98 = 4,8 Вт/(м2·°С).

Следует иметь в виду, что при
более аккуратном отношении к величине приведенного коэффициента излучения между
отдельными парами поверхностей разброс значений коэффициентов лучистого
теплообмена получится несколько большим.

3.4. Теплопередача через многослойную стенку

3.4.1. Основные понятия и определения

Процесс передачи теплоты от
теплой среды к холодной через разделяющее их ограждение происходит всеми видами
теплообмена: на поверхностях имеют место конвективный и лучистый теплообмен, а
в материальных слоях — теплопроводность. Как уже было отмечено, такой сложный
процесс называется теплопередачей.

При расчете теплопередачи через наружные ограждения в инженерной
практике принято не разделять лучистую и конвективную составляющие в общем
теплообмене на поверхностях. Считается, что на внутренней поверхности наружного
ограждения в отапливаемом помещении происходит тепловосприятие, оцениваемое
общим коэффициентом αв, Вт/(м2·°С), а на наружной
поверхности — теплоотдача, интенсивность которой определяется коэффициентом
теплоотдачи αн, Вт/(м2·°С). Причем коэффициенты теплоотдачи
(теплообмена) на наружной и внутренней поверхностях ограждения равны сумме
коэффициентов лучистого и конвективного теплообмена с каждой стороны:

αв
=
αк.в + αл.в; αн
=
αк.н + αл.н.                                                                                     (3.59)

Величины, обратные коэффициентам
теплоотдачи, принято называть сопротивлениями теплообмену на внутренней Rв,
м2·°С/Вт, и наружной Rн, м2·°С/Вт,
поверхностях ограждения:

                                                                                                     (3.60)

Рис. 24. Распределение температуры при теплопередаче через
многослойную стенку

Если с одной стороны
многослойной стенки, состоящей из п слоев, поддерживается температура tв,
а с другой стороны tн < tв, то возникает
тепловой поток q, Вт/м2 (рис. 24). Этот тепловой поток
движется от среды с температурой tв к среде с температурой tн,
проходя последовательно от внутренней среды к внутренней поверхности с
температурой τв:

                                                                                                            (3.61)

затем от внутренней поверхности
сквозь 1-й слой с термическим сопротивлением R1 м2·°С/Вт,
к стыку 1-го и 2-го слоев:

                                                                                                            (3.62)

после этого через все остальные
слои:

                                                                                                            (3.63)

и, наконец, от наружной
поверхности с температурой τн к наружной среде с температурой
tн:

                                                                                                          (3.64)

где Ri — термическое сопротивление слоя с номером i, м2·°С/Вт;

ti-1 — температура
на стыке слоев с номерами
i-1 и i,
°С;

ti
— температура на стыке слоев с номерами
i и i+1, °С.

Переписав полученные равенства
относительно разности температур и сложив их, получим

tвtн = q(Rв + R1 + R2 + … + Ri +
… + Rn + R
н).                                                          (3.65)

Выражение в скобках — сумма
термических сопротивлений слоев ограждения и сопротивлений теплообмену на его
поверхностях — называется общим сопротивлением теплопередаче ограждения Rо,
м2·°С/Вт:

Rо = Rв + ΣRi + Rн,                                                                                                       (3.66)

а сумма термических
сопротивлений отдельных слоев ограждения — его термическим сопротивлением
Rт, м2·°С/Вт:

Rт = R1 + R2 + … + Rв.п + … + Rn,                                                                                 (3.67)

где R1, R2,
…,
Rn
термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, м2·°С/Вт;
определяются по формуле (3.3);

Rв.п — термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки, м2·°С/Вт;
принимается по табл. 12.

Из формулы (3.65) следует, что тепловой поток q, Вт/м2, проходящий через
ограждение, пропорционален разности температур сред по разные стороны
ограждения (tв
tн) и обратно пропорционален общему
сопротивлению теплопередаче:

                                                                                                                  (3.68)

По физическому смыслу общее
сопротивление теплопередаче ограждения Rо — это разность
температур, °С, по разные стороны от ограждения, которая формирует проходящий
через него тепловой поток в 1 Вт/м2.

Величина, обратная сопротивлению
теплопередаче, названа коэффициентом теплопередачи К, Вт/(м2·°С):

                                                                                                                      (3.69)

Коэффициент теплопередачи
ограждения К равен плотности теплового потока, проходящего сквозь
ограждение, при разности температур сред по разные стороны от него в 1 °С.

Следовательно, тепловой поток q,
Вт/м2, проходящий через ограждение за счет теплопередачи,
определяется по формуле

q = K(tвtн).                                                                                                               (3.70)

3.4.2. Термическое сопротивление воздушной прослойки

Для единообразия сопротивление
теплопередаче воздушных прослоек называют термическим сопротивлением.

Схема передачи теплоты через
воздушную прослойку представлена на рис. 25.

Рис. 25. Схема передачи теплоты через воздушную прослойку:
1 — конвекция; 2 — излучение; 3 — теплопроводность

Тепловой поток, проходящий через
воздушную прослойку, qв.п, Вт/м2, складывается из
потоков, передаваемых теплопроводностью, qт, Вт/м2,
конвекцией, qк, Вт/м2, и излучением, qл,
Вт/м2:

qв.п = qт + qк + qл.                                                                                                        (3.71)

При этом доля потока,
передаваемого излучением, самая большая. Рассмотрим замкнутую вертикальную воздушную
прослойку, на поверхностях которой разность температур составляет 5 °С. С
увеличением толщины прослойки от 10 до 200 мм доля теплового потока за счет
излучения возрастает от 60 до 80 %. Доля теплоты, передаваемой путем
теплопроводности, падает от 38 до 2 %, а доля конвективного теплового потока
возрастает от 2 до 20 % [13].

Прямой расчет этих составляющих
достаточно сложен. В табл. 12
приводятся данные о термических сопротивлениях замкнутых воздушных прослоек,
взятые из СП
23-101-2004 [7], которые были получены в 50-х годах XX века К.Ф. Фокиным [13]
по результатам экспериментов М.А. Михеева.

Таблица 12

Термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки

Толщина прослойки δ, м

Термическое сопротивление Rв.п, м2·°С/Вт

горизонтальной при потоке теплоты снизу вверх и
вертикальной

горизонтальной при потоке теплоты сверху вниз

при температуре воздуха в прослойке t, °С

положительной

отрицательной

положительной

отрицательной

0,01

0,13

0,15

0,14

0,15

0,02

0,14

0,15

0,15

0,19

0,03

0,14

0,16

0,16

0,21

0,05

0,14

0,17

0,17

0,22

0,10

0,15

0,18

0,18

0,23

0,15

0,15

0,18

0,19

0,24

0,2-0,3

0,15

0,19

0,19

0,24

Примечание. При наличии на одной или
обеих поверхностях воздушной прослойки теплоотражающей металлической фольги
термическое сопротивление следует увеличить в два раза.

При проектировании ограждений с
замкнутыми воздушными прослойками в [13]
рекомендуется учитывать следующие выводы из исследований:

• эффективными в
теплотехническом отношении являются прослойки небольшой толщины;

• рациональнее делать в
ограждении несколько прослоек малой толщины, чем одну большой;

• воздушные прослойки желательно
располагать ближе к наружной поверхности ограждения, т.к. при этом в зимнее
время уменьшается тепловой поток излучением;

• вертикальные прослойки в
наружных стенах необходимо перегораживать горизонтальными диафрагмами на уровне
междуэтажных перекрытий;

• для сокращения теплового
потока, передаваемого излучением, одну из поверхностей прослойки можно
покрывать алюминиевой фольгой с коэффициентом излучения около 0,05. Покрытие
фольгой обеих поверхностей воздушной прослойки практически не уменьшает
передачу теплоты.

Рис. 26. Кривые распределения температуры при стационарном тепловом
режиме: а — в масштабе толщин; б — в масштабе термических сопротивлений: δ1,
δ2, δ3, — толщины слоев, м; R1;
R2, R3 — термические сопротивления слоев, м2·°С/Вт;
Rн, Rв — сопротивления теплообмену на
наружной и внутренней поверхностях стенки

3.4.3. Распределение температуры по сечению
ограждения

Важной практической задачей
является расчет распределения температуры по сечению ограждения (рис. 26). Из
дифференциального уравнения (3.1)
следует, что оно линейно относительно сопротивления теплопередаче, поэтому
можно записать температуру tx, °С, в любом сечении
ограждения:

                                                                      (3.72)

где Rв-х и Rн-х
— сопротивление теплопередаче соответственно от внутреннего воздуха до точки х
и от наружного воздуха до точки х, м2·°С/Вт.

3.4.4. Коэффициенты теплоотдачи на внутренней и
наружной поверхностях ограждения

Величина коэффициента
теплообмена на внутренней поверхности наружного ограждения важна как с точки
зрения определения общего сопротивления теплопередаче ограждения, так и для
нахождения температуры на внутренней поверхности ограждения. Причем в последнем
случае роль величины коэффициента αв существенна. Расчетные
значения коэффициентов теплоотдачи внутренней поверхности наружного ограждения
по СНиП 23-02-2003 [1]
приведены в табл. 13.

Таблица 13

Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей
конструкции

Поверхность

Коэффициент теплоотдачи αв, Вт/(м2·°С)

Стена, пол, плоский потолок, потолок с выступающими
ребрами при отношении высоты ребра
h, м, к расстоянию а, м, между гранями соседних ребер h/a 0,3

8,7

Потолок с выступающими ребрами при отношении h/a > 0,3

7,6

Окно

8,0

Зенитный фонарь

9,9

Таблица 14

Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей
конструкции

Поверхность

Коэффициент теплоотдачи αн, Вт/(м2·°С)

Наружная стена, покрытие, перекрытие над проездами и
холодными подвалами (без ограждающих стенок), подпольями в Северной
строительно-климатической зоне

23

Перекрытие над холодными подвалами, сообщающимися с
наружным воздухом, над холодными (с ограждающими стенками) подпольями и
холодными этажами в Северной строительно-климатической зоне

17

Чердачное перекрытие, перекрытие над неотапливаемыми
подвалами со световыми проемами в стенах

12

Перекрытие над неотапливаемыми подвалами без
световых проемов в стенах, расположенных выше уровня земли, и над
неотапливаемыми техническими подпольями, расположенными ниже уровня земли

6

Значения коэффициентов
теплоотдачи на внутренней поверхности ограждающих конструкций рекомендованы для
проектирования с 1952 года, т.е. задолго до 2000 года, когда были приняты для
строительства повышенные требования к теплозащите зданий. Поэтому эти величины
больше пригодны для теплотехнических расчетов зданий, построенных до 2000 года.
В связи с тем что в современных зданиях требования к сопротивлению
теплопередаче наружных ограждающих конструкций резко повышены, разность
температур на их внутренней поверхности и воздуха сократилась. Расчеты [31]
показывают, что значение αв для наружных стен находится в
пределах 6,5-7,5 Вт/(м2·°С); для потолков верхних этажей — 5-7 Вт/(м2·°С);
для полов по грунту, над проездами и под эркерами и над неотапливаемыми
подвалами — 4,5-6,5 Вт/(м2·°С). Полученные в [31]
значения αв в соответствии с формулой (3.59) определялись сложением коэффициентов
конвективного теплообмена αк по формулам (3.10)-(3.12)
для турбулентного течения воздуха в пограничном слое у ограждения и
коэффициента лучистого теплообмена αл, определенного по формуле
(3.56). В [25]
предлагается принимать коэффициенты теплообмена на внутренней поверхности
наружных ограждений исходя из ламинарного течения у поверхности по формулам (3.14)-(3.16). Для наружных стен величину αв
рекомендуется принимать 6,25-6,75 Вт/(м2·°С) при увеличении разности
температур воздуха и внутренней поверхности ограждения от 2 до 6 °С.

В СП 23-101-2004 [7] приводятся
рекомендации по значениям коэффициентов теплоотдачи внутренней поверхности
ограждений «теплых» чердаков: наружных стен αв
= 8,7 Вт/(м2·°С); покрытий
7-9-этажных домов αв = 9,9 Вт/(м2·°С); 10-12-этажных
домов αв
= 10,5
Вт/(м2·°С); 13-16-этажных домов αв
= 12,0 Вт/(м2·°С).

Коэффициенты теплоотдачи
наружной поверхности αн ограждающих конструкций по СП 23-101-2004
[7] представлены в табл. 14. Если в ограждающей конструкции имеется воздушная
прослойка, вентилируемая наружным воздухом, на поверхности, обращенной в
сторону воздушной прослойки, принимается коэффициент теплоотдачи αн
= 10,8 Вт/(м2·°С).

Глава 4. Требуемое сопротивление теплопередаче
наружного ограждения

4.1. Показатели теплозащиты здания

СНиП 23-02-2003 [1] устанавливает три
показателя тепловой защиты здания:

1. Приведенное сопротивление
теплопередаче отдельных элементов ограждающих конструкций.

2. Перепад между температурами
внутреннего воздуха и на поверхности ограждающих конструкций, а также значение
температуры на внутренней поверхности ограждения, которое должно быть выше
температуры точки росы (санитарно-гигиенический показатель).

3. Удельный расход тепловой
энергии на отопление здания, позволяющий варьировать величинами теплозащитных
свойств различных видов ограждений здания с учетом объемно-планировочных
решений здания и выбора систем поддержания микроклимата для достижения
нормируемого значения этого показателя.

Выбор теплозащитных показателей
здания осуществляется по одному из двух альтернативных подходов, изложенных в СНиП 23-02-2003 [1]:

• предписывающему (нормативные
требования предъявляются к отдельным элементам теплозащиты здания: наружным
стенам, полам над неотапливаемыми пространствами, покрытиям и чердачным
перекрытиям, окнам, входным дверям и т. п.);

• потребительскому
(сопротивление теплопередаче ограждений может быть снижено по отношению к
предписывающему уровню при условии, что проектный удельный расход тепловой
энергии на отопление здания ниже нормативного).

Санитарно-гигиенические
требования должны выполняться всегда. В зданиях производственного назначения
допускается проектирование только по предписывающему варианту.

4.2. Предписывающий подход к выбору сопротивления
теплопередаче наружных ограждений

По предписывающему подходу для
ограждений помещений с температурой внутреннего воздуха выше 12 °С
сопротивление теплопередаче наружных ограждений R
req, м2·°С/Вт, следует принимать не менее нормируемых значений,
определяемых по табл. 4 СНиП
23-02-2003 [1] и приведенных в табл. 15
настоящей книги.

В жилых зданиях требуемое сопротивление
теплопередаче наружных ограждений, не относящихся непосредственно к квартирам:
лестничных клеток, лестнично-лифтовых холлов, отапливаемых технических этажей и
отдельных помещений, — следует принимать по строке 2 — как для общественных
помещений.

Значения сопротивления
теплопередаче наружных ограждений, представленные в табл. 15,
отражают уровень второго этапа повышения требований к теплозащите, введенного с
2000 года Госстроем России. Величины требуемых сопротивлений теплопередаче R
req приводятся в таблице в соответствии с назначением здания и ограждения,
а также с числом градусо-суток отопительного периода. Градусо-сутки
отопительного периода Dd, °С·сут, определяются по формуле

Dd = (tв tо.п)zо.п,                                                                                                         (4.1)

где tв
расчетная температура внутреннего воздуха для основных помещений здания, °С;
принимается по пп. 2.4 (
табл.
9), 2.5;

tо.п, zо.п — соответственно средняя температура, °С, и
продолжительность, сут, отопительного периода в районе строительства;
принимаются по СНиП
23-01-99* [3].

Таблица 15

Требуемые значения сопротивления теплопередаче ограждающих
конструкций

Здание/ помещение

Градусо-сутки отопительного
периода
Dd, °С·сут

Приведенное сопротивление
теплопередаче ограждений
Rreq, м2·°С/Вт

стены

покрытия

чердачного перекрытия и
перекрытия над холодными подвалами

окна и балконной двери,
витрины и витража

фонаря с вертикальным
остеклением

1

2

3

4

5

6

7

1. Жилое,
лечебно-профилактическое и детское учреждение, школа, интернат

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

12 000

5,6

8,2

7,3

0,80

0,55

а

0,00035

0,005

0,00045

0,000025

b

1,4

2,2

1,9

0,25

2. Общественное (кроме 1),
административное и бытовое, производственное и другие помещения с влажным или
мокрым режимами

2 000

1,8

2,4

2,0

0,3

0,30

4 000

2,4

3,2

2,7

0,4

0,35

6 000

3,0

4,0

3,4

0,5

0,40

8 000

3,6

4,8

4,1

0,6

0,45

10 000

4,2

5,6

4,8

0,7

0,50

12 000

4,8

6,4

5,5

0,8

0,55

а

0,0003

0,0004

0,00035

0,00005

0,000025

b

1,2

1,6

1,3

0,2

0,25

3. Производственное 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

12 000

3,4

4,5

3,4

0,50

0,45

а

0,0002

0,00025

0,0002

0,000025

0,000025

b

1,0

1,5

1,0

0,2

0,15

Значения Rreq, м2·°С/Вт,
для величин Dd, °С·сут, отличающихся
от табличных, определяются по формуле

Rreq = aDd + b,                                                                                                              (4.2)

где a, b
коэффициенты, значения которых принимаются по табл. 15
для соответствующих групп зданий (кроме графы 6 группы зданий 1, где для
интервала до 6000 °С·сут а = 0,000075, b = 0,15, для интервала
6000-8000 °С·сут а = 0,00005, b = 0,3, для интервала свыше 8000
°С·сут а = 0,000025, b = 0,5.

Требуемые значения сопротивления
теплопередаче чердачных и цокольных перекрытий, отделяющих помещения здания от
неотапливаемых пространств с температурой tc, которая лежит
между расчетными значениями наружной tн и внутренней tв
(tн < tc < tв)
следует уменьшать умножением величин, указанных в табл. 15,
графе 5, на коэффициент п. При этом расчетную температуру воздуха tc
на теплом чердаке, в подвале, остекленной лоджии или на балконе определяют из
расчета теплового баланса. Коэффициент и в этом случае рассчитывается по
формуле

                                                                                                                  (4.3)

Для холодных чердаков и подвалов
коэффициент п принимается по табл. 17 СНиП 23-02-2003 [1].

До 1994 года ограждения имели
сопротивление теплопередаче, обеспечивающее нижнюю санитарно-гигиеническую
границу. При расчете требуемого сопротивления теплопередаче ограждений
Rreq, м2·°С/Вт, исходили из
поддержания в заданных пределах разности температур внутренней поверхности
ограждения и внутреннего воздуха в расчетный зимний период:

                                                                                                           (4.4)

где п — коэффициент
положения ограждения относительно наружного воздуха, уменьшающий разность
температур для ограждений, не соприкасающихся с наружным воздухом (табл. 16);

Δtн — нормируемый перепад температур внутреннего воздуха и внутренней
поверхности ограждения (табл. 17);

αв — коэффициент
теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции (табл. 13).

Таблица 16

Коэффициент положения ограждения относительно наружного воздуха

Ограждение

Коэффициент п

Наружная стена и покрытие (в том числе вентилируемое
наружным воздухом), чердачное перекрытие (с кровлей из штучных материалов) и
перекрытие над проездами, перекрытие над холодными (без ограждающих стенок)
подпольями в Северной строительно-климатической зоне

1

Перекрытие над холодными подвалами, сообщающимися с
наружным воздухом, чердачное перекрытие (с кровлей из рулонных материалов),
перекрытие над холодными (с ограждающими стенками) подпольями и холодными
этажами в Северной строительно-климатической зоне

0,9

Перекрытие над неотапливаемыми подвалами со
световыми проемами в стенах

0,75

Перекрытие над неотапливаемыми подвалами без
световых проемов в стенах, расположенных выше уровня земли

0,6

Перекрытие над неотапливаемыми подвалами без
световых проемов в стенах, расположенных ниже уровня земли

0,4

Таблица 17

Нормируемый перепад температур внутреннего воздуха и внутренней
поверхности наружного ограждения

Здание/помещение

Перепад температур Δtн, °С

наружной стены

покрытия и чердачного перекрытия

перекрытия над проездами, подвалами и подпольями

зенитного фонаря

1. Жилое, лечебно-профилактическое и детское
учреждение, школа, интернат

4,0

3,0

2,0

tвtт.р

2. Общественное (кроме 1), административное и
бытовое (кроме помещений с влажным и мокрым режимами)

4,5

4,0

2,5

tвtт.р

3. Производственное с сухим и нормальным режимами

tвtт.р,

но не более 7

0,8(tвtт.р),
но не более 6

2,5

tвtт.р

4. Производственное и другие помещения с влажным или
мокрым режимами

tвtт.р

0,8(tвtт.р)

2,5

5. Производственное здание со значительными
избытками явной теплоты (более 23 Вт/м3) и расчетной относительной
влажностью внутреннего воздуха более 50 %

12

12

2,5

tвtт.р

Примечания:

1. tв
— то же, что в формуле (4.1).

2.
tт.р — температура точки росы, °С; при расчетной температуре tв
и относительной влажности φв принимается в соответствии с п. 2.4.

Теперь формула (4.4) применяется для определения
сопротивления теплопередаче наружных ограждений (кроме окон) производственных
зданий с большими избытками теплоты, зданий, предназначенных для сезонной
эксплуатации (весной или осенью), а также зданий с расчетной температурой
внутреннего воздуха 12 °С и ниже. Формула (4.4) определяет норму сопротивления теплопередаче
внутренних ограждений здания, если разность температур разделяемых помещений
равна 6 °С и выше. При этом за температуры наружного tн и
внутреннего tв воздуха принимаются расчетные значения для
помещений, разделенных ограждением, а коэффициент и приравнивается к 1. Однако
получаемые в этом случае величины требуемого сопротивления теплопередаче
ограждений получаются значительно ниже, чем того требует табл. 15.
Поэтому для соблюдения единообразия в подходе к выбору сопротивления
теплопередаче ограждений и для уменьшения теплопотерь основных функциональных
помещений Московская государственная экспертиза (МГЭ) рекомендует требуемое
сопротивление теплопередаче для внутренних ограждений определять по табл. 15,
вводя понижающий коэффициент п, рассчитываемый по формуле (4.3), в которой tc
температура помещения с более низкой температурой [32].

Сопротивление теплопередаче
входных дверей в здание Rнд, м2·°С/Вт, должно быть
не менее

Rнд,req = 0,6
R
нc,req,                                                                                                        (4.5)

где Rнc,req — требуемое сопротивление теплопередаче наружной стены, м2·°С/Вт;
рассчитывается по формуле (4.4).

При расчете Rнд,req для входных дверей в одноквартирные дома коэффициент 0,6 в формуле (4.5) заменяется на 0,8.

При остекленности фасада в жилых
зданиях более 18 %, а в общественных зданиях более 25% нормируемое
сопротивление теплопередаче окон увеличивается по сравнению с требуемым по
табл.
4 до 0,51 м2·°С/Вт при 3500 °С·сут
и ниже; 0,56 м2·°С/Вт при более 3500 °С·сут, но ниже 5200 °С·сут;
0,65 м2·°С/Вт при более 5200 °С·сут, но ниже 7000 °С·сут и 0,81 м2·°С/Вт
при более 7000 °С·сут.

При доле остекления фасада выше
25 % в лечебно-профилактических и детских дошкольных учреждениях в Москве
приведенное сопротивление теплопередаче окон (кроме мансардных) должно быть не
ниже 0,65 м2·°С/Вт [32].

В проекте МГСН 2.01-99* [12] для Москвы требуемое сопротивление
теплопередаче светопрозрачных конструкций
Rок,req, м2·°С/Вт, следует принимать:

• для окон, балконных дверей и
витражей (кроме зданий поликлиник, лечебных учреждений, домов-интернатов и
дошкольных учреждений) — 0,54 м2·°С/Вт;

• для окон, балконных дверей и
витражей зданий поликлиник, лечебных учреждений и домов-интернатов — 0,55 м2·°С/Вт;

• для окон, балконных дверей и
витражей зданий дошкольных учреждений, а также плавательных бассейнов для детей
— 0,57 м2·°С/Вт;

• для глухой части балконных
дверей — 0,81 м2·°С/Вт;

• для входных дверей квартир,
расположенных выше первого этажа, — 0,55 м2·°С/Вт;

• для входных дверей
одноквартирных зданий и квартир, расположенных на первых этажах многоквартирных
зданий, а также зданий с малыми производствами бытового назначения и ворот
помещений для хранения автомобилей в жилых зданиях — 1,2 м2·°С/Вт.

4.3. Потребительский подход к выбору сопротивления теплопередаче
наружных ограждений

По потребительскому подходу для
определения теплозащиты здания необходимо выполнить расчет удельного расхода
тепловой энергии на отопление жилых и общественных зданий за отопительный
период , Вт/м2. Процедура этого расчета, приведенная в СНиП 23-02-2003 [1],
учитывает не только принимаемое сопротивление теплопередаче наружных
ограждений, но и объемно-планировочные решения здания, а также вид и
возможности регулирования систем поддержания микроклимата в помещениях.
Величина  определяется исходя
из расхода тепловой энергии на отопление здания в течение отопительного периода
, кВт·ч/м2. Основные положения показанной в СНиП 23-02-2003 [1]
методики расчета теплопотерь за отопительный период приведены в главе 10.

Сопротивление теплопередаче
наружных ограждений можно снижать в сравнении с величинами, указанными в табл. 15,
пока удельный расход тепловой энергии на отопление здания не превысит
нормируемый. Однако сопротивление теплопередаче отдельных элементов ограждения
не должно быть ниже минимальных величин, определяемых по формуле (4.6) для стен
жилых и общественных зданий и по формуле (4.7) для остальных ограждающих
конструкций, кроме окон и входных дверей:

Rmin =
0,63
Rreq;
                                                                                                            (4.6)

Rmin =
0,8
Rreq.
                                                                                                             
(4.7)

Сопротивление теплопередаче окон
и дверей может быть понижено на 5 % в сравнении со значениями, указанными в
табл. 15.

Для производственных зданий не
существует норм удельного теплопотребления системами отопления и вентиляции,
поэтому понижать сопротивление теплопередаче по сравнению с приведенными в
табл. 15
данными нельзя (кроме заполнений световых проемов: окон, витражей, балконных
дверей и фонарей, — сопротивление теплопередаче которых может понижаться на 5
%).

4.4. Пример выбора требуемых сопротивлений
теплопередаче наружных ограждений для Москвы

В качестве примера в табл. 18
приведены для Москвы значения требуемых и минимально допустимых сопротивлений
теплопередаче ограждений в жилых и общественных зданиях.

Таблица 18

Требуемое сопротивление теплопередаче ограждений для Москвы

Здание/помещение

Расчетная температура внутреннего воздуха tв, °С

Градусо-сутки отопительного

периода Dd, °С·сут

Сопротивление теплопередаче ограждений Rreq, требуемое
при предписывающем подходе / допустимое при потребительском подходе, м2·°С/Вт

стены

покрытия и перекрытия над проездами

чердачного перекрытия, перекрытия над
неотапливаемыми подвалами

окна балконной двери, витрины, витража

фонаря с вертикальным остеклением

входной двери и ворот

1. Жилое здание, школа, гостиница, общежитие,
интернат

20

4 943

3,13/1,97

4,67/3,74

4,12/3,30

0,54*/0,51

0,37/0,35

0,83/0,79

2. Лечебно-профилактическое учреждение

21

5 157

3,20/2,02

4,78/3,82

4,22/3,38

0,54*/0,51

0,38/0,36

0,84/0,80

3. Детское дошкольное учреждение, хоспис

22

5 371

3,36/2,12

5,00/4,00

4,42/3,54

0,57*/0,54

0,38/0,37

0,86/0,82

4. Бассейн, аквапарк

27

6 745

3,22/2,03

4,30/3,44

3,66/2,93

0,54*/0,51

0,42/0,40

0,84/0,80

5. Бассейн для детей

30

7 438

3,43/2,16

4,58/3,66

3,90/3,12

0,5770,54

0,44/0,42

1,00/0,95

6. Офисное, учебное и другие общественные здания

20

4 943

2,68/1,69

3,58/2,86

3,03/2,42

0,5470,51

0,37/0,35

0,74/0,70

7. Административное и другие общественные здания

18

4515

2,55/1,61

3,41/2,73

2,88/2,30

0,43/0,41

0,36/0,34

0,70/0,67

8. Торговое здание, учреждение сервисного
обслуживания

16

4 048

2,43/1,53

3,23/2,58

2,73/2,18

0,40/0,38

0,35/0,33

0,67/0,64

9. Производственное здание с сухим и нормальным
режимами

20

4 943

1,99

2,74

1,99

0,32/0,31

0,27/0,26

0,47

18

4 515

1,90

2,63

1,90

0,31/0,29

0,26/0,25

0,45

16

4 087

1,82

2,52

1,82

0,30/0,29

0,25/0,24

0,43

14

3 659

1,73

2,41

1,73

0,29/0,28

0,23/0,22

0,41

* В соответствии с требованиями
МГСН 2.01-99*
[12].

Глава 5. Приведенное сопротивление теплопередаче ограждения

5.1. Приведенное сопротивление теплопередаче однослойных и
многослойных ограждений

5.1.1. Учет внутренних связей в ограждении и примыкания
ограждений друг к другу с помощью коэффициента теплотехнической однородности

В п. 3.4.1 описан расчет общего
сопротивления теплопередаче многослойного ограждения, в котором теплопередача
может считаться одномерной. Однако современные наружные стены и другие
ограждения имеют сложную конструкцию, в которой возмущается температурное поле,
делая его двухмерным или даже трехмерным. Для таких ограждений величина общего
сопротивления теплопередаче, определенная по формуле (3.66), называется условной , м2·°С/Вт, а в качестве расчетного принимается
приведенное сопротивление теплопередаче наружного ограждения
Rо, м2·°С/Вт, т.е. общее сопротивление теплопередаче такого
ограждения с одномерным температурным полем, которое в среднем по площади имеет
ограждение с неодномерным температурным полем.

Приведенное сопротивление
теплопередаче
Rо не ниже требуемого Rreq достигается за счет толщины утеплителя. Однако Rо зависит не только от характеристики материалов и толщины слоев,
составляющих ограждение, но и от наличия внутренних связей конструкции,
являющихся теплопроводными включениями, а также от того, как и какие именно
другие ограждения примыкают к расчетному. Эти факторы учитываются с помощью
коэффициента теплотехнической однородности
r, который показывает долю приведенного
сопротивления теплопередаче от условного:

                                                                                                                      (5.1)

Для различных ограждений
величина коэффициента теплотехнической однородности в зависимости от их
конструкции колеблется в пределах 0,65-0,98. Коэффициент теплотехнической
однородности
r
также может быть рассчитан как произведение коэффициентов, оценивающих
различные факторы, возмущающие однородное температурное поле:

r = r1r2,
                                                                                                                       (5.2)

где r1, r2 — коэффициенты соответственно оценки
внутренних креплений в ограждении и примыкания других ограждений к расчетному.

Для некоторых случаев внутренних
креплений в ограждении имеются эмпирические формулы, приведенные в СП 23-101-2004
[7].

Оценка коэффициента r1 связана с расчетом трехмерного
температурного поля неоднородного ограждения.

Ниже представлены значения
коэффициента теплотехнической однородности для ряда конструкций наружных стен
по данным расчета. Большие значения коэффициентов относятся к утеплителю с
коэффициентом теплопроводности λ = 0,08 Вт/(м·°С), меньшие — с
коэффициентом теплопроводности λ = 0,03 Вт/(м·°С). Следует иметь ввиду,
что чем толще слой утеплителя, тем ниже значение
r1. Большей плотности конструктивных слоев
соответствуют более высокие значения
r1.

Для двухслойных стен с
конструктивным слоем плотностью от 600 до 2500 кг/м3 и эффективным
утеплителем на прямых металлических связях диаметром не более 3 мм с шагом 600
мм, закрепленных на дюбелях,
r1 = 0,95-0,98.

Для трехслойных стен с наружным
кирпичным слоем и слоем эффективного утеплителя с прямым анкерным креплением
(крепление в шов кладки через 6 слоев по вертикали, шаг по горизонтали — 600
мм, диаметр анкера не более 6 мм):

1. При внутреннем
ячеистобетонном слое плотностью 600 кг/м3:

• при толщине утеплителя 100 мм r1
= 0,78-0,91;

• при толщине утеплителя 150 мм r1
= 0,77-0,90;

• при толщине утеплителя 200 мм r1 = 0,75-0,88.

2. При внутреннем кирпичном слое
r1 =
0,78-0,92.

3. При внутреннем железобетонном
слое
r1 =
0,79-0,93.

Для учета крепления утеплителя
металлическими связями диаметром 3 мм снизу к цокольному перекрытию, перекрытию
под эркером или над проездом со штукатуркой по утеплителю
r1 = 0,84-0,90.

Наличие оконных откосов в
стенах, опорных «стаканов» зенитных фонарей в покрытиях учитывается
коэффициентом теплотехнической однородности
r2 = 0,90-0,95 в зависимости от протяженности
откосов. Присутствие вытяжных вентиляционных шахт (в том числе и над
канализационными стояками и мусоропроводами) оценивается коэффициентом
r2 = 0,90-0,95 в зависимости от суммарного
периметра этих шахт.

Если в конструкции стен
применяется кладка из ячеистобетонных, керамзитобетонных и полистиролбетонных
блоков, следует учитывать цементные или клеевые швы кладки. Дело в том, что для
кирпичной кладки в нормативных таблицах СП 23-101-2004 [7] даются
коэффициенты теплопроводности с учетом швов. Для ячеистого бетона,
керамзитобетона, полистиролбетона приводятся теплотехнические характеристики
массивов материалов. Цементные и клеевые швы имеют теплопроводность значительно
более высокую, чем массив материала, а следовательно, сопротивление
теплопередаче слоя уменьшается.

Для учета цементных швов (как
правило, толщиной не менее 10 мм из-за неровностей на гранях блоков) можно
принимать коэффициент теплопроводности кладки из ячеистобетонных блоков на
15-25 %, а для полистиролбетонных блоков на 30-45 % выше коэффициента
теплопроводности соответственно ячеистого бетона и полистиролбетона (чем меньше
плотность материала блока, тем выше надбавка к коэффициенту теплопроводности).

5.1.2. Учет неоднородности конструкции методом
сложения проводимостей

В СП 23-101-2004 [7] для
плоских ограждающих конструкций с включениями более 50 % от толщины ограждения,
теплопроводность которых не превышает теплопроводности основного материала
более чем в 10 раз, приведенное термическое сопротивление теплопередаче
Rт определяется методом сложения проводимостей по следующему алгоритму:

1. Плоскостями, параллельными
направлению теплового потока, ограждающая конструкция (или ее часть) условно
разрезается на участки, из которых одни могут быть однородными (однослойными) —
из одного материала, а другие — неоднородными — из слоев с различными
материалами. Термическое сопротивление ограждающей конструкции
Rа.т, м2·°С/Вт, определяется по формуле

                                                                                                              (5.3)

где Аi — площадь i-го участка характерной части ограждения, м2;

Ri
— приведенное сопротивление теплопередаче
i-го участка, м2·°С/Вт;
определяется по формуле (3.3) для
однослойных участков или по формуле (3.63)
для многослойных;

m — число участков ограждающей конструкции с
различным приведенным сопротивлением теплопередаче.

2. Плоскостями,
перпендикулярными направлению теплового потока, ограждающая конструкция (или ее
часть, принятая для определения
Rв.т) условно
разрезается на слои, из которых одни могут быть однородными, а другие
неоднородными. Термическое сопротивление однородных слоев определяется по
формуле (3.3), неоднородных — по
формуле (5.3). Термическое
сопротивление всей конструкции
Rв.т, м2·°С/Вт,
определяется как сумма термических сопротивлений однородных и неоднородных
слоев по формуле (3.67).

3. Приведенное термическое
сопротивление ограждающей конструкции
Rт, м2·°С/Вт, определяется по формуле

                                                                                                        (5.4)

5.1.3. Пример определения приведенного термического
сопротивления неоднородной конструкции методом сложения проводимостей

Расчет приведенного термического
сопротивления пустотной панели перекрытия представлен для двух случаев: когда
пустотная панель является основанием чердачного перекрытия и когда она несущая
часть перекрытия над неотапливаемым подвалом. Плита выполнена из железобетона с
коэффициентом теплопроводности
lА = 1,92 Вт/(м·°С). Поперечное сечение плиты с размерами и расчетная
схема сечения приведены на рис. 27.

1. Для простоты расчета
принимаем схему сечения плиты с квадратными отверстиями в плите вместо круглых.
Так, сторона эквивалентного по площади квадрата (АквадрАкруга):

Рис. 27. Поперечное сечение плиты (а) и
расчетная схема (б)

2. Выделяем регулярный элемент и
делим его плоскостями, параллельными тепловому потоку. Получаем два
параллельных участка. Участок I — однородный, участок II — многослойный,
состоящий из двух одинаковых по толщине слоев а и в, а также
горизонтальной воздушной прослойки. Сопротивления теплопередаче этих участков R
I и RII соответственно равны:

Термическое сопротивление
воздушной прослойки
Rв.т находим по табл. 12:

• для панели чердачного
перекрытия горизонтальная воздушная прослойка с потоком теплоты снизу вверх
отделена от холодного чердака слоем утеплителя, поэтому в ней воздух находится
при положительной температуре. Для прослойки толщиной 0,14 м в этих условиях
Rв.п = 0,15 м2·°С/Вт. Следовательно, RII = 0,04 + 0,15 = 0,19 м2·°С/Вт;

• для панели перекрытия над
неотапливаемым подвалом с утеплителем, лежащим под железобетонной плитой,
горизонтальная воздушная прослойка от холодного техподполья отделена слоем
утеплителя, поэтому в ней воздух находится при положительной температуре. Для
прослойки толщиной 0,14 м в этих условиях при потоке теплоты сверху вниз
Rв.п = 0,19 м2·°С/Вт. Следовательно, RII = 0,04 + Rв.п = 0,04 + 0,19 = 0,23 м2·°С/Вт.

Сопротивление теплопередаче
всего регулярного элемента при разбивке его плоскостями, параллельными
тепловому потоку, определяем по формуле (5.3):

• для чердачного перекрытия

• для перекрытия над подвалом

3. Делим регулярный элемент
плоскостями, перпендикулярными тепловому потоку (см. рис. 27 на схеме
справа), и получаем три параллельных участка. Участки а и в
однородные, участок б — неоднородный, состоящий из горизонтальной
воздушной прослойки и слоя железобетона шириной I = 0,07 м и толщиной б
= 0,14 м
 Определяем
сопротивление теплопередаче этих участков:

Rб определяем по формуле (5.3):

• для чердачного перекрытия

• для перекрытия над подвалом

Сопротивление теплопередаче
всего регулярного элемента
Rв.т, м2·°С/Вт,
при разбивке его плоскостями, перпендикулярными тепловому потоку, определяем по
формуле (3.63):

Rв.т
= 2· Rа + Rб = 2·0,02 + Rб;

• для чердачного перекрытия

Rв.т
= 2·0,02 + 0,109 = 0,149 м2·°С/Вт;

• для перекрытия над подвалом

Rв.т
= 2·0,02 + 0,122 = 0,162 м2·°С/Вт.

Приведенное термическое
сопротивление теплопередаче плиты
Rт, м2·°С/Вт,
определяется по формуле (5.4):

• для чердачного перекрытия

• для перекрытия над подвалом

Полученные значения используются
как известные величины при дальнейшем определении толщины изоляции в указанных
перекрытиях.

5.1.4. Процедура определения толщины утеплителя в
ограждении

Основным требованием к выбору
толщины слоя утеплителя в ограждении с известным составом является выполнение
условия: приведенное сопротивление теплопередаче
Rо должно быть не меньше требуемого сопротивления теплопередаче
ограждения
Rreq. Для этого:

1. Находим требуемое
сопротивление теплопередаче наружного ограждения
Rreq, м2·°С/Вт.

2. Принимаем значение r по п. 5.1.1.

3. Вычисляем требуемое условное
сопротивление теплопередаче , м2·°С/Вт:

                                                                                                              (5.5)

4. Зная район строительства и
тепловлажностные условия в проектируемом здании, определяем по табл. 10
влажностные условия эксплуатации ограждений.

5. Вычисляем требуемое
сопротивление теплопередаче утеплителя , м2·°С/Вт:

                                                                            (5.6)

где  — сумма термических
сопротивлений всех слоев ограждения без слоя утеплителя, определенных с учетом
коэффициентов теплопроводности материалов, принятых по графе А или Б в
соответствии с влажностными условиями эксплуатации ограждения, м2·°С/Вт.

6. Находим расчетную толщину
утеплителя δут м:

                                                                                                               (5.7)

где λут
коэффициент теплопроводности материала утеплителя, Вт/(м·°С); определяется по
табл. Д.1 СП
23-101-2004 [7] или по
[15, 16] для выявленных условий эксплуатации ограждений
А или Б.

7. Принимаем конструктивное
значение толщины утеплителя δут. Дело в том, что некоторые
утеплители выпускаются с определенной номенклатурой толщины, например, с шагом,
равным 1 см. Возможны и другие требования.

8. Определяем фактическое
условное сопротивление теплопередаче ограждения , м2·°С/Вт:

                                                                                              (5.8)

где  — сумма термических
сопротивлений всех слоев ограждения, в том числе и слоя утеплителя, принятой
конструктивной толщины, м2·°С/Вт.

9. Определяем фактическое
приведенное сопротивление теплопередаче ограждения
Rо, м2·°С/Вт:

                                                                                                                  (5.9)

10. Проверяем выполнение условия

Rо ³ Rreq.                                                                                                                      (5.10)

5.1.5. Пример определения толщины утеплителя и
приведенного сопротивления теплопередаче многослойной ограждающей конструкции

Район строительства — Москва.
Объект строительства — административное здание.

Требуется определить толщину
утеплителя и вычислить приведенное сопротивление теплопередаче следующей
многослойной наружной стены с металлическими связями d = 6 мм (шаг
раскладки — 0,6 м) (рис. 28):

Рис. 28. Схема многослойной стены со стержневыми связями

Таблица 19

Слои ограждающей конструкции

№ слоя

Материал

Плотность

r0, кг/м3

Толщина d, м

1

Кладка из керамического
кирпича

1600

0,12

2

Плита минераловатная

125

9

3

Кладка из сплошного
глиняного кирпича

1800

0,25

4

Штукатурка
(цементно-песчаный раствор)

1800

0,02

По примеру п. 1.7
район строительства относится к нормальной влажностной зоне, а по примеру п. 2.6
в здании поддерживается сухой влажностный режим.

1. Определяем расчетное
требуемое сопротивление теплопередаче для наружных стен административного
здания:

Rнс,req  = 2,68 м2·°С/Вт (табл. 18).

2. По табл. 10 при сухом
влажностном режиме помещения и нормальной зоне влажности района строительства
все ограждения объекта находятся в условиях эксплуатации А.

3. По табл. Д.1 СП 23-101-2004
[7] находим следующие данные:

Таблица 20

Теплотехнические показатели строительных материалов

Материал

Плотность

r0, кг/м3

Толщина d, м

Удельная теплоемкость с0, кДж/(кг·°С)

Коэффициент

теплопроводности lА, Вт/(м·С)

Кладка из керамического кирпича

1600

0,12

0,88

0,58

Плита минераловатная (ГОСТ
21880)

125

?

0,84

0,064

Кладка из сплошного глиняного кирпича

1800

0,25

0,88

0,70

Штукатурка (цементно-песчаный раствор)

1800

0,02

0,84

0,76

4. Требуемое условное
сопротивление теплопередаче находим по формуле (5.5):

где — требуемое сопротивление теплопередаче конструкции без учета
теплопроводных включений (гибких связей), м2·°С/Вт;

r — коэффициент
теплотехнической однородности, «глади», «глухой» части стены. В рассматриваемом
варианте специальным расчетом определено, что
r = 0,87 (см. п. 5.1.1).

5. Требуемое значение сопротивления
теплопередаче слоя утеплителя (минераловатных плит) определяем по формуле (5.6):

6. Расчетную толщину утеплителя
находим по формуле (5.7):

7. Фактическую толщину
утеплителя принимаем из конструктивных соображений

8. Приведенное сопротивление
теплопередаче наружной стены находим по формулам (5.8), (5.9):

9. Проверяем выполнение условия
неравенства (5.10):

Rо = 2,69 м2·°С/Вт
> Rreq = 2,68 м2·°С/Вт.

Фактическое приведенное
сопротивление теплопередаче не меньше требуемого.

10. Таким образом, коэффициент
теплопередачи стены:

5.2. Приведенное сопротивление теплопередаче окон и
наружных дверей

Фактическое приведенное
сопротивление теплопередаче окон, витражей, зенитных и других световых фонарей,
балконных и наружных дверей принимается на основании результатов
сертификационных испытаний. При их отсутствии приведенное сопротивление можно
принимать по прил. Л СП 23-101-2004 [7], которое
воспроизведено в табл. 21.

При выборе конструкции окна
должно соблюдаться неравенство (5.10).

Таблица 21

Значения приведенного сопротивления теплопередаче Rо,
коэффициента затенения непрозрачными элементами t, коэффициента
относительного пропускания солнечной радиации окон, балконных дверей и фонарей
к для светопрозрачной конструкции

Заполнение светового проема

Светопрозрачная конструкция

в деревянном или ПВХ-переплете

в алюминиевом переплете

м2•°С/Вт

t

к

Rо, м2·°С/Вт

t

к

1. Двойное остекление из обычного стекла в спаренных
переплетах

0,40

0,75

0,62

0,70

0,62

2. Двойное остекление с твердым селективным
покрытием в спаренных переплетах

0,55

0,75

0,65

0,70

0,65

3. Двойное остекление из обычного стекла в
раздельных переплетах

0,44

0,65

0,62

0,34

0,60

0,62

4. Двойное остекление с твердым селективным
покрытием в раздельных переплетах

0,57

0,65

0,60

0,45

0,60

0,60

5. Блок стеклянный пустотный (с шириной швов 6 мм)
размером, мм:

194´194´98

0,31

0,90

0,40 (без переплета)

244´244´94

0,33

0,90

0,45 (без переплета)

6. Профильное стекло коробчатого сечения

0,31

0,90

0,50 (без переплета)

7. Двойное остекление из органического стекла для
зенитных фонарей

0,36

0,90

0,90

0,90

0,90

8. Тройное остекление из органического стекла для
зенитных фонарей

0,52

0,90

0,83

0,90

0,83

9. Тройное остекление из обычного стекла в
раздельно-спаренных переплетах

0,55

0,50

0,70

0,46

0,50

0,70

10. Тройное остекление с твердым селективным
покрытием в раздельно-спаренных переплетах

0,60

0,50

0,67

0,50

0,50

0,67

11. Однокамерный стеклопакет в одинарном переплете
из стекла:

обычного

0,35

0,80

0,76

0,34

0,80

0,76

с твердым селективным покрытием

0,51

0,80

0,75

0,43

0,80

0,75

с мягким селективным покрытием

0,56

0,80

0,54

0,47

0,80

0,54

12. Двухкамерный стеклопакет в одинарном переплете
из стекла:

обычного (с межстекольным расстоянием 8
мм)

0,50

0,80

0,74

0,43

0,80

0,74

обычного (с межстекольным расстоянием
12 мм)

0,54

0,80

0,74

0,45

0,80

0,74

с твердым селективным покрытием

0,58

0,80

0,68

0,48

0,80

0,68

с мягким селективным покрытием

0,68

0,80

0,48

0,52

0,80

0,48

с твердым селективным покрытием и
заполнением аргоном

0,65

0,80

0,68

0,53

0,80

0,68

13. Обычное стекло и однокамерный стеклопакет в
раздельных переплетах из стекла:

обычного

0,56

0,60

0,63

0,50

0,60

0,63

с твердым селективным покрытием

0,65

0,60

0,58

0,56

0,60

0,58

с мягким селективным покрытием

0,72

0,60

0,51

0,60

0,60

0,58

с твердым селективным покрытием и
заполнением аргоном

0,69

0,60

0,58

0,60

0,60

0,58

14. Обычное стекло и двухкамерный стеклопакет в
раздельных переплетах из стекла:

обычного

0,65

0,60

0,60

0,60

0,60

с твердым селективным покрытием

0,72

0,60

0,56

0,58

0,56

с мягким селективным покрытием

0,80

0,60

0,36

0,58

0,56

с твердым селективным покрытием и
заполнением аргоном

0,82

0,60

0,56

0,58

0,56

15. Два однокамерных стеклопакета в спаренных
переплетах

0,70

0,70

0,59

0,70

0,59

16. Два однокамерных стеклопакета в раздельных переплетах

0,75

0,60

0,54

0,60

0,54

17. Четырехслойное остекление из обычного стекла в
двух спаренных переплетах

0,80

0,50

0,59

0,50

0,59

5.3. Приведенное сопротивление теплопередаче полов и
стен на грунте

Передача теплоты из помещения через конструкцию пола или стены и толщу
грунта, с которыми они соприкасаются, подчиняется сложным закономерностям. Для
расчета сопротивления теплопередаче конструкций, расположенных на грунте,
применяют упрощенную методику. Поверхность пола и стен (при этом пол рассматривается
как продолжение стены) по грунту делится на полосы шириной 2 м, параллельные
стыку наружной стены и поверхности земли. Отсчет зон начинается по стене от
уровня земли, а если стен по грунту нет, то зоной I является полоса пола,
ближайшая к наружной стене. Следующие две полосы будут иметь номера II и III, а
остальная часть пола составит зону IV.
Причем одна зона может начинаться на стене, а продолжаться на полу (рис. 29).

Рис. 29. Разбивка поверхности пола (а) и
заглубленных частей наружных стен (б) на расчетные зоны I-IV

Пол или стена, не содержащие в
своем составе утепляющих слоев из материалов с коэффициентом теплопроводности
l £ 1,2 Вт/(м·°С), называются неутепленными.
Сопротивление теплопередаче такого пола принято обозначать Rн.п,
м2·°С/Вт. Для каждой зоны неутепленного пола предусмотрены
нормативные значения сопротивления теплопередаче:

зона I — RI = 2,1 м2·°С/Вт;

зона II — RII = 4,3 м2·°С/Вт;

зона III — RIII = 8,6 м2·°С/Вт;

зона IV — RIV = 14,2 м2·°С/Вт.

Если в конструкции пола,
расположенного на грунте, имеются утепляющие слои, его называют утепленным, а
его сопротивление теплопередаче Rу.п, м2·°С/Вт,
определяется по формуле

                                                                                                   (5.11)

где Rн.п — сопротивление
теплопередаче рассматриваемой зоны неутепленного пола, м2·°С/Вт;

dу.с — толщина утепляющего слоя, м;

lу.с — коэффициент теплопроводности материала
утепляющего слоя, Вт/(м·°С).

Для пола на лагах сопротивление
теплопередаче R
л,
м2·°С/Вт, рассчитывается по формуле

Rл =1,18Rу.п.                                                                                                                (5.12)

5.4. Пример определения сопротивления теплопередаче
утепленных полов на лагах

Необходимо определить
сопротивление теплопередаче пола на лагах рядовой жилой комнаты. Полы не
заглублены. Конструкция пола включает в себя доски толщиной 50 мм с
lБ = 0,18 Вт/(м·°С), лежащие на лагах (брус 100´100 мм lБ = 0,18 Вт/(м·°С)), с шагом 700 мм, между которыми проложен
экструдированный пенополистирол
lБ = 0,03 Вт/(м·°С), толщиной 50 мм, шириной 600 мм. Над пенополистиролом
находится замкнутая воздушная прослойка толщиной 50 мм.

Глубина помещения от внутренней
грани наружной стены до оси противолежащей перегородки — 6 м.

1. Требуемое и минимально
допустимое сопротивление теплопередаче полов жилого здания определяем по табл. 18:

Rreq = 4,67 м2·°С/Вт;

Rreq.min = 3,74 м2·°С/Вт.

2. Термическое сопротивление
горизонтальной воздушной прослойки с тепловым потоком сверху вниз при
положительной температуре определяем по табл. 12:

Rв.п
= 0,17 м2·°С/Вт.

3. Термическое сопротивление
теплопередаче утепляющих слоев рассчитываем с учетом того, что слой утеплителя
перерезается брусом:

• термическое сопротивление
утепляющих слоев участка по брусу [формулы (3.3), (3.67)]

• термическое сопротивление
утепляющих слоев участка по пенополистиролу и воздушной прослойке

• среднее термическое
сопротивление утепляющих слоев, определенное методом сложения проводимостей по
формуле (5.3),

4. Сопротивление теплопередаче
пола на лагах рассчитывается по зонам. Пол занимает три расчетные зоны и
начинается с расчетной зоны I.

В зоне I с учетом формул (5.11) и (5.12)

RплI = 1,18Rу.п = 1,18(Rн.п
+ Rу.с) = 1,18·(2,1 + 1,734) =
= 4,52 м2·°С/Вт < Rreq = 4,67 м2·°С/Вт,

но

RплI = 4,52 м2·°С/Вт > Rreq.min = 3,74
м2·°С/Вт.

Требуемому сопротивлению
теплопередаче (
Rreq = 4,67 м2·°С/Вт) по условиям энергосбережения должно
соответствовать среднее сопротивление теплопередаче всего пола, а не одной
зоны.

В зоне II

RплII = 1,18Rу.п = 1,18(Rн.п
+ Rу.с) = 1,18·(4,3 + 1,734) = 7,12 м2·°С/Вт.

В зоне III

RплIII = 1,18Rу.п = 1,18(Rн.п
+ Rу.с) = 1,18·(8,6 + 1,734) = 12,20 м2·°С/Вт.

5. Проверяем выполнение условия Rпл > Rreq = 4,67 м2·°С/Вт. Для этого найдем
среднее сопротивление теплопередаче пола
Rпл, м2·°С/Вт, в соответствии с
занимаемыми каждой зоной площадями:

Условие выполнено.

Глава 6. Воздухопроницание в здание

6.1. Избыточное давление внутри и снаружи здания

6.1.1. Основные положения

Воздухопроницанием через
ограждения называют процесс проникновения воздуха сквозь неплотности наружного
ограждения. Проникновение воздуха внутрь помещения называется инфильтрацией; а
из помещения наружу — эксфильтрацией.

Воздухопроницаемостью называется
свойство строительных материалов и ограждающих конструкций пропускать сквозь
себя поток воздуха. Воздухопроницаемостью считают также расход воздуха Gо,
кг, который проходит через 1 м2 ограждения за 1 ч.

Воздухопроницаемостью обладают все наружные
ограждения, но в расчете теплопотерь обычно учитывается только инфильтрация
через окна, балконные двери и витражи. Нормы плотности остальных ограждений
исключают возможность воздухопроницаемости ощутимо влиять на величину
теплопотерь.

Инфильтрация и эксфильтрация
возникают под воздействием перепадов давлений
Dр, Па, с разных сторон ограждения. Разность давлений воздуха внутри
здания и снаружи объясняется, во-первых, различной плотностью холодного
наружного воздуха и теплого внутреннего (гравитационная составляющая) и,
во-вторых, действием ветра, создающим избыточное давление в набегающем потоке с
наветренной стороны здания и разрежение с подветренной (ветровая составляющая).

В каждом помещении под
воздействием разных значений наружного давления по разные стороны здания
формируется внутренне давление рв, Па, которое в инженерных
расчетах принято считать одинаковым для всего здания. Его называют условно
постоянным внутренним давлением здания.

6.1.2. Избыточное гравитационное давление

Если принять за начало отсчета
избыточных давлений (по отношению к атмосферному) давление у вытяжной шахты в
верхней точке здания на подветренной стороне, то давление в наружном воздухе на
этом уровне рн — 0 Па. Высота здания от земли до уровня
верхнего среза шахты Н, м (рис. 30).

Рис. 30. Формирование воздушных потоков в многоэтажном здании с
естественной вентиляцией

Известно, что в столбе газа
гравитационное давление переменно по высоте. В наружном и внутреннем воздухе
соответственно гравитационное давление рн.г и рв.г, Па, на
любой высоте от земли h, м, определяется по формулам

рн.г = (Hh)rнg;
                                                                                                         (6.1а)

Рис. 31. Формирование избыточных давлений вокруг и внутри здания

рв.г = (Hh)rвg;
                                                                                                         (6.1б)

где rн, rв — плотность соответственно наружного и внутреннего воздуха, кг/м3;
определяется по формуле (6.2).

Плотность воздуха r, кг/м3, может быть определена по
эмпирической формуле в зависимости от температуры t

                                                                                                                 (6.2)

В расчетах внутреннее давление удобно
считать постоянным по высоте помещения и равным
rн, Па, поэтому переменную гравитационную часть (Hh)rвg принято учитывать при определении наружного давления (рис. 31). Тогда
расчетное наружное гравитационное давление
rграв, Па, определяется по формуле

rграв = rн.гrв.г = (Hh)(rн
rв)g.                                                                             (6.3)

6.1.3. Избыточное ветровое статическое давление

Ветровое статическое давление на
здание пропорционально динамическому
rнv2/2, Па, при его
скорости v, м/с. Скорость ветра измеряется на метеостанциях на высоте 10
м от земли на открытой местности. В застройке скорость ветра изменяется. Для
учета изменения скорости ветра в различных типах местности и на разной высоте
применяется коэффициент Кдин, значения которого
регламентированы СНиП
2.01.07-85* [33] и представлены в табл. 22. Выделяются следующие типы
местности:

• А — открытые побережья морей,
озер и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи, тундра;

• В — городские территории,
лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой
более 10 м;

• С — городские районы с
застройкой зданиями свыше 25 м.

Сооружение считается
расположенным в местности данного типа, если эта местность сохраняется с
наветренной стороны сооружения на расстоянии 30Н — при высоте сооружения
Н до 60 м и 2 км — при большей высоте.

Таблица 22

Изменение ветрового давления

Высота Н, м

Коэффициент Кдин по типам местности

А

В

С

£5

0,75

0,50

0,40

10

1,00

0,65

0,40

20

1,25

0,85

0,55

40

1,50

1,10

0,80

60

1,70

1,30

1,00

80

1,85

1,45

1,15

100

2,00

1,60

1,25

150

2,25

1,90

1,55

200

2,45

2,10

1,80

250

2,65

2,30

2,00

300

2,75

2,50

2,20

350

2,75

2,75

2,35

³480

2,75

2,75

2,75

Аэродинамические
коэффициенты показывают, какую долю от динамического давления ветра составляет
формируемое им статическое давление на каком-либо фасаде здания. В соответствии
со СНиП 2.01.07-85* [33]
для большинства зданий величина аэродинамического коэффициента на наветренной
стороне сн = 0,8, а на подветренной — сз =
-0,6. Так как за начало отсчета давления принято избыточное давление на
подветренном фасаде, то ветровое давление на наветренной стороне рветр,
Па:

                                                                                           (6.4)

6.1.4. Избыточное давление в наружном воздухе

Гравитационная и ветровая
составляющие давления действуют на здание независимо друг от друга, поэтому их
значения можно сложить и получить суммарное расчетное наружное давление
рн, Па:

                                          (6.5)

6.1.5. Избыточное давление внутри здания

Величина внутреннего давления рв
может быть различной для
одинаково ориентированных помещений одного этажа в силу того, что для каждого
помещения формируется собственное значение внутреннего давления. Определение
внутренних давлений в помещениях требует полного расчета воздушного режима
здания, что является весьма трудоемкой задачей. Но в СНиП 2.04.05-91* [34]
предлагают рассматривать давление в здании
рв как приближенное к давлению в лестничной клетке.

Также существуют упрощенные
методы расчета внутреннего давления в здании. Наиболее распространен подход,
когда за внутреннее давление в здании
рв, Па, принимается полусумма ветрового и
гравитационного давлений:

                                                             (6.6)

Второй способ расчета рв,
предложенный в [35],
более сложный. Отличается от первого способа тем, что вместо приравнивания
ветрового давления к половине разности ветровых давлений на наветренном и
подветренном фасадах оно усредняется по площади этих фасадов. При рассмотрении
одного из фасадов в качестве наветренного формула принимает вид

                                    (6.7)

где сб
аэродинамический коэффициент на боковом фасаде;

Ан, Аб, Аз
— площадь окон и витражей соответственно на наветренном, боковом и подветренном
фасадах, м2.

Следует обратить внимание на то,
что величина
рв,
принимаемая по этому методу, получается различной для каждого фасада,
считающегося наветренным. Разница тем заметнее, чем больше отличия в плотности
окон и витражей на различных фасадах. Для зданий с равномерным распределением
окон по фасадам величина
рв приближается к получаемой методом приравнивания ветрового давления к
половине полной разности ветровых давлений на наветренном и подветренном
фасадах. Таким образом, использование формулы (6.7) для расчета внутреннего давления в зданиях со
сбалансированной вентиляцией оправдано в случаях, когда распределение световых
проемов по фасадам явно неравномерно или когда рассматриваемое здание примыкает
к соседнему, а один фасад (или его часть) вовсе не имеет окон.

6.1.6. Разность наружного и внутреннего давлений

Разность наружного и внутреннего
давлений
Dр, Па, по разные
стороны ограждения на наветренном фасаде на любой высоте
h, м, с учетом формулы (6.5):

                                                       (6.8)

Значение внутреннего давления рв принимается по формуле (6.6) или (6.7).

Поэтому по формуле (6.8) разность давлений Dр для помещений на разных этажах с одним фасадом будет отличаться только
величиной гравитационного давления рграв, зависящей от
разности отметок центра рассматриваемого воздухопроницаемого элемента и верхней
точки здания, принятой за начало отсчета
(Hh).

6.2. Требуемое сопротивление воздухопроницанию окон,
балконных дверей, витражей и световых фонарей

В соответствии со СНиП 23-02-2003 [1]
требуемое сопротивление воздухопроницанию светопрозрачных конструкций окон,
балконных дверей, витражей и световых фонарей в жилых, общественных и
производственных зданиях должно быть не менее нормируемого значения
сопротивления воздухопроницанию при разности давлений
Dр0 = 10 Па Rинф,req, м2·ч/кг:

                                                                                                 (6.9)

где Gн — нормируемая воздухопроницаемость ограждающей конструкции, кг/(м2·ч);

Dр0 — разность давлений воздуха с наружной и внутренней сторон
светопрозрачных ограждений, при которой определяется сопротивление
воздухопроницанию, по СНиП
23-02-2003 [1]
Dр0 = 10 Па.

Нормируемая воздухопроницаемость
Gн — это максимальная разрешенная
воздухопроницаемость конструкции при любых погодных условиях, принимаемая в
соответствии со СНиП
23-02-2003 [1], значения которой приведены в табл. 23.

Таблица 23

Нормируемая
воздухопроницаемость ограждающих конструкций

Ограждение

Воздухопроницаемость Gн, кг/(м2·ч)

1. Наружная стена, перекрытие и покрытие жилого,
общественного, административного и бытового здания или помещения

0,5

2. Наружная стена, перекрытие и покрытие
производственного здания или помещения

1,0

3. Стык между панелями
наружных стен здания:

жилого

производственного

0,5*

1,0*

4. Входная дверь в квартиру

1,5

5. Входная дверь в жилое, общественное, бытовое
здание

7,0

6. Окно и балконная дверь жилого, общественного,
бытового здания или помещения в деревянном переплете; окно, фонарь
производственного здания с кондиционированием воздуха

6,0

7. Окно и балконная дверь жилого, общественного,
бытового здания или помещения в пластмассовом или алюминиевом переплете

5,0

8. Окно, дверь, ворота производственного здания

8,0

9. Фонарь производственного здания

10,0

* В кг/(м·ч).

Для определения расчетной
разности давлений при нахождении требуемого сопротивления воздухопроницанию
окна в СНиП 23-02-2003
[1] заложена преобразованная формула (6.8).
Наибольшее значение этой разности наблюдается в холодный расчетный период на
окнах первого этажа, расположенных на наветренном фасаде. Для них расчетная
разность давлений может быть получена подстановкой (6.5) в (6.7)
при условии, что расчетная высота от земли до центра рассматриваемого окна h,
м, близка к нулю. Тогда

В СНиП 23-02-2003 [1], во-первых, принято, что
расстояние от центра окна первого этажа до верха здания равно высоте здания от земли
до верха здания Н, м (с запасом); во-вторых, что для большинства зданий
произведение
Kдин(снсз)
приближается к 1; в-третьих, величина
rн заменена на gн/g; в-четвертых, для некоторого запаса коэффициенты увеличены, поэтому
формула для расчета разности давлений при определении требуемого сопротивления
воздухопроницанию имеет вид

Dр = 0,55Н(gн gв) + 0,03gнv2,
                                                                                   (6.10)

где gн, gв — удельный вес соответственно наружного и внутреннего воздуха, Н/м3;
gн = rнg, gв = rвg;

v — расчетная скорость ветра (см п. 1.4), м/с.

Удельный вес воздуха g, Н/м3, можно определить по
эмпирической формуле

                                                                                                                (6.11)

где t — температура, при которой рассчитывается g. Для определения gн температура наружного воздуха принимается равной средней температуре
наиболее холодной пятидневки (с обеспеченностью 0,92), а при расчете
gв — равной расчетной температуре внутреннего воздуха.

Требуемое сопротивление
воздухопроницанию окна
Rинф,req
не содержит размерности потенциала переноса воздуха — давления. Такое положение
возникает из-за того, что в формуле (6.9)
делением фактической разности давлений
Dр на нормативное значение Dр0 = 10 Па
требуемое сопротивление воздухопроницанию приводится к разности давлений
Dр0 = 10 Па.

Расчетные разности давлений и
требуемые сопротивления воздухопроницанию окон в зданиях различной высоты в
Москве при расчетной температуре наружного воздуха tн = -28
°С и расчетной скорости ветра v = 4,9 м/с даются на рис. 32.

6.3. Пример определения требуемого сопротивления
воздухопроницанию окна

Следует определить требуемое
сопротивление воздухопроницанию окна в пластиковом переплете 10-этажного
административного здания в Москве (
hэт = 3,2 м). Пол
первого этажа поднят над землей в среднем на 0,9 м; высота вентиляционной шахты
над полом чердака — на 4,5 м (рис. 33).

Температура наиболее холодной
пятидневки (с обеспеченностью 0,92) района строительства tн =
-28 °С, расчетная скорость ветра v = 4,9 м/с. Расчетная температура
внутреннего воздуха tв = 20 °С.

1. Находим высоту здания от
земли до верха вентиляционной шахты:

Н = 0,9 + 10·3,2 + 4,5 = 37,4 м.

2. Расчетную разность давлений
по разные стороны окна на уровне первого этажа определяем по формуле (6.10):

Dр
= 0,55Н(gн
gв)
+ 0,03gнv2
= 0,55·37,4·(14,13 — 11,82) + 0,03·14,13·4,92 = 57,7 Па,

где gн определяется по формуле (6.11) при температуре -28 °С:

gв определяется по формуле (6.11) при температуре 20 °С:

3. Требуемое сопротивление окна
в пластиковом переплете с максимальной воздухопроницаемостью Gн
= 5 кг/(м2·ч) (табл. 23) при
Dр0 = 10 Па
рассчитываем по формуле (6.9):

4. Приведенное сопротивление
воздухопроницанию окна должно быть равно или больше требуемого (
Rинф ³ Rинф,req).
Значение сопротивления воздухопроницанию принимается по сертификату
соответствия. В данном случае считаем
Rинф,req = 0,64 м2·ч/кг при Dр0 = 10 Па и
требуем от заказчика закупки окон с сопротивлением воздухопроницанию не меньше
принятого
Rинф ³ 0,64 м2·ч/кг при Dр0 = 10 Па.

5. Объект строительства находится в Москве, поэтому
требуемое сопротивление воздухопроницанию окна можно снять с графика рис. 32
(высота здания — 37,4 м). По графику (верхняя линия) Rинф,req =
0,64 м2·ч/кг при Dр0 = 10 Па, что практически совпадает
с полученным по расчету.

Рис. 32.
Зависимость характеристик воздухопроницания заполнения светопроемов от высоты
здания Н, м, на примере Москвы: а — расчетные разности давлений Dр,
Па, по разные стороны окна; б — требуемые сопротивления воздухопроницанию Rинф,req, м2·ч/кг,
при Dр
= 10 Па

Рис. 33.
Разрез по зданию (к примеру п. 6.3)

6.4. Приведенное сопротивление воздухопроницанию окон, балконных
дверей, витражей и световых фонарей жилых, общественных и производственных
зданий

Величина приведенного
сопротивления воздухопроницанию окон жилых, общественных и производственных
зданий
Rинф при Dр0 = 10 Па должна
по сертификату соответствия на заполнение проема быть больше
Rинф,req.

По показателям
воздухопроницаемости ГОСТ 23166-99 [36]
подразделяет оконные и балконные дверные блоки в деревянных, пластиковых и
металлических переплетах на 5 классов. Основным признаком классификации
является объемная воздухопроницаемость при
Dр = 100 Па. Максимально допустимые параметры для вьщеленных классов,
согласно ГОСТ
23166-99 [36], пересчитаны в массовые при
Dр0 = 10 Па по СНиП 23-02-2003 [1], а
также в соответствующие им сопротивления воздухопроницанию при
Dр0 = 10 Па (табл.
24).

Таблица 24

Классификация заполнения светового проема по воздухопроницаемости

Класс

Объемная
воздухопроницаемость

(при Dр
= 100
Па)
L, м3/(ч·м2),

для построения нормативных

границ классов

Воздухопроницаемость

(при Dр0 = 10 Па)

G, кг/(м2‘ч)

Сопротивление

воздухопроницанию

(при Dр0
= 10
Па)

Rинф, м2·ч/кг

А

3

0,77

1,299

Б

9

2,31

0,433

В

17

4,36

0,229

Г

27

6,93

0,144

Д

50

12,83

0,078

По расчетам воздушного
режима 17-этажного жилого здания норма плотности для входных дверей в квартиры
(табл. 23) в нем
выполняется в том случае, когда Rинф ³  0,65 м2·ч/кг
(при Dр0
= 10 Па).

Обычно считается, что для
входных дверей в здание
Rинф = 0,14…0,16 м2·ч/кг
(при Dр0 = 10 Па), а для одинарных балконных дверей-переходов в незадымляемых
лестничных клетках и холлах лестнично-лифтовых узлов
Rинф = 0,47 м2·ч/кг (при Dр0 = 10 Па) [32].

Глава 7. Теплопотери здания

7.1. Расчетные трансмиссионные теплопотери

Теплопотери за счет
теплопередачи (трансмиссионные теплопотери)
Qoгp, Вт, по СНиП 2.04.05-91* [34] и [37,
38]
рассчитываются через каждое теплотеряющее ограждение (или его часть) отдельно
по формуле

Qoгp = KA(tв tн)n(1+Sb),                                                                                           (7.1)

где К определяется из
теплотехнического расчета по формуле (3.65);

n определяется по табл. 16;

b — коэффициент, учитывающий добавочные
теплопотери.

Трансмиссионные теплопотери
каждого помещения рассчитываются суммированием потерь теплоты через каждое
теплотеряющее ограждение, определенных по формуле (7.1). Полученную сумму округляют до 5 Вт.

При расчете теплопотерь
ограждающие конструкции измеряются по наружному обмеру. Этот способ обмера
используется в связи с тем, что, во-первых, неодномерная теплопередача через
наружные ограждения осуществляется через всю толщу наружных ограждений;
во-вторых, наружный обмер приводит к некоторому (очень небольшому) запасу
мощности системы отопления, тогда как внутренний обмер дает несколько
заниженный результат, что в реальном проектировании совершенно неприемлемо.

При подсчете потерь теплоты по
формуле (7.1) площадь отдельных
ограждений А, м2, определяется с соблюдением следующих правил
обмера:

1. Площадь окон (ок), дверей
(нд) и фонарей (ф) измеряют по наименьшему строительному проему.

2. Площадь потолка (пт) и пола
(пл) измеряют между осями внутренних стен и внутренней поверхностью наружной
стены (рис. 34). Площадь стен и пола, расположенных на грунте, в том числе на
лагах, определяют с условной разбивкой их по зонам, как это было описано в п. 5.3
при определении сопротивлений теплопередаче этих конструкций (рис. 29).

3. Площадь наружных стен (нс)
измеряют (рис. 34):

• в плане — по
наружному периметру между осями внутренних стен и наружным углом стены;

• по высоте —
на всех этажах, кроме нижнего: от уровня чистого пола до пола следующего этажа.
На последнем этаже верх наружной стены совпадает с верхом покрытия или чердачного
перекрытия. На нижнем этаже в зависимости от конструкции пола: а) от внутренней
поверхности пола по грунту; б) от поверхности подготовки под конструкцию пола
на лагах; в) от нижней грани перекрытия над неотапливаемым подпольем или
подвалом.

4. При определении теплопотерь
через внутренние стены их площади обмеряют по внутреннему периметру. Потери
теплоты через внутренние ограждения помещений можно не учитывать, если разность
температур воздуха в этих помещениях составляет 3 °С и менее.

Рис. 34. Правила обмера площадей ограждающих конструкций: а —
разрез здания с чердачным перекрытием; б — разрез здания с совмещенным
покрытием; в — план здания; 1 — пол над подвалом; 2 — пол на лагах; 3 — пол на
грунте;

Перечисленные правила учитывают
сложность процесса теплопередачи через элементы ограждения и предусматривают
условное увеличение и уменьшение площади, когда фактические теплопотери могут
быть соответственно больше или меньше подсчитанных по формуле (7.1).

Расчет обычно сводят в
стандартную таблицу, представленную в п. 7.3.

7.2. Добавочные теплопотери через ограждения

Теплопотери, рассчитанные по
формуле (7.1) без учета добавочных
потерь (при
Sb = 0), называются основными. Основные
трансмиссионные теплопотери часто оказываются меньше действительных, т.к. в
формуле не отображены некоторые факторы. Дополнительные теплопотери учитываются
добавками к основным, задаваемыми в долях единицы. Выраженные коэффициентом
b добавки подразделяются на несколько видов:

1. Добавка на ориентацию
ограждения по сторонам света принимается для всех наружных вертикальных
ограждений или проекций на вертикаль наружных наклонных ограждений. Для
северной, северо-восточной, северо-западной, восточной ориентации
b = 0,1; юго-восточной и западной b = 0,05; южной и юго-западной b = 0 (рис. 35).

Рис. 35. Величины добавок к основным теплопотерям в зависимости от ориентации
ограждения по сторонам света

2. Добавка b = 0,05 вводится для необогреваемого пола
первого этажа над холодным подпольем здания в местности с расчетной
температурой наружного воздуха -40 °С и ниже.

3. Добавка на угловое помещение,
имеющее две и более наружных стен, учитывает, что в таком помещении
радиационная температура ниже, чем в рядовом. Поэтому в угловом помещении
жилого дома температуру внутреннего воздуха принимают на 2 °С выше, чем в
рядовом помещении, а в зданиях другого назначения увеличенные теплопотери
учитывают добавкой
b = 0,05 к
основным теплопотерям вертикальных наружных ограждений.

4. Добавка на врывание холодного
воздуха через наружные двери в здание, не оборудованное воздушно-тепловой
завесой, при их кратковременном открывании принимается к основным теплопотерям
дверей. Так, в здании высотой Н для тройных дверей с двумя тамбурами
b = 0,20Н, для двойных дверей с
тамбуром
b = 0,27Н, для двойных дверей без
тамбура
b = 0,34Н, для одинарных дверей b = 0,22Н. Для наружных ворот при отсутствии
тамбура и воздушно-тепловой завесы теплопотери рассчитываются с добавкой
b = 3, а при наличии тамбура у ворот — с
добавкой
b = 1. Указанные добавки не относятся к летним
и запасным наружным дверям и воротам.

5. Ранее нормами
предусматривалась добавка, учитывающая увеличение теплопотерь в верхней части
помещения высотой более 4 м, равная
b = 0,02 на каждый метр высоты стены сверх 4 м, но не более b = 0,15. Позднее это требование было
исключено из норм. Теперь при расчете высоких помещений необходимо делать
специальный расчет распределения температуры по высоте для определения
теплопотерь через стены и покрытия. В лестничных клетках изменение температуры
по высоте не учитывается.

Теплопотери через наружные
ограждения за счет теплопередачи принято отображать в виде таблицы, аналогичной
представленной в п. 7.3.

7.3. Пример расчета трансмиссионных теплопотерь помещений

Требуется определить
трансмиссионные теплопотери шести помещений административного здания: углового
(1005) и рядового (1008) на верхнем этаже, углового (305) и рядового (308) на
промежуточных этажах, углового (105) и рядового (108) на первом этаже, — а
также рассчитать теплопотери лестничной клетки.

Здание расположено в Москве.
Фрагмент плана типового этажа и разрез здания приведены на рис. 36. Пол первого
этажа располагается над неотапливаемым подпольем, пол лестничной клетки не
утеплен по грунту.

Рис. 36. План и разрез здания к примеру расчета теплопотерь: а —
фрагмент плана типового этажа; б — разрез 1 — 1

Высота наружной стены лестничной
клетки от земли до верха покрытия (уровень земли ниже пола первого этажа на 0,9
м) принята равной Ннс = 0,9 + 10·3,2 = 32,9 м. Высота здания
от земли до верха вентиляционной шахты при ее высоте над полом чердака, равной
4,5 и, Н = 32,9 + 4,5 = 37,4 м.

От неотапливаемого техподполья
лестничная клетка отделена тремя внутренними стенами вc1 высотой 0,9
м с дверью общей площадью Авс1 = 3,2·0,9 + 2·6,2·0,9 = 14,04
м2. От холодного чердака лестничная клетка отделена тремя
внутренними стенами вс2 с дверью общей площадью Авс2
= 3,2·3,5 + 6,2·2·(0,5 + 3/2) = 36,0 м2.

Расчетная наружная температура tн
= -28 °С, согласно п. 1.7,
берется равной средней температуре наиболее холодной пятидневки (с
обеспеченностью 0,92).

Расчетная температура
внутреннего воздуха
tв = 20 °С принимается по п. 2.6.

Фактическое приведенное
сопротивление теплопередаче наружных ограждений принято по расчетам в
соответствии с пп. 5.1-5.3.
Тогда коэффициенты теплопередачи:

• для наружных стен ;

• для внутренних стен
техподполья
;

• для внутренних стен чердака ;

• для чердачного перекрытия ;

• для бесчердачного покрытия над
лестничной клеткой
;

• для перекрытия над
неотапливаемым техподпольем
;

• для тройного окна ;

• для входной двери в здание ;

• для дверей на чердак и в
подвал
.

Расчеты теплопотерь сведены в
табл. 25. При этом следует иметь в виду:

1. Теплопотери наружных стен
принято рассчитывать по суммарной площади стены и расположенных в ней окон.
Поэтому в графу коэффициента теплопередачи для окна заносим разность
коэффициентов теплопередачи окна и наружной стены: КтоКнс
= 1,852 — 0,372 = 1,48 Вт/(м2·°С). По этой же причине в графу
коэффициента теплопередачи двери на чердак вносится разность коэффициентов
теплопередачи двери и стены чердака, в которую она врезана:

КвдКвс2 = 1,351 — 0,40 = 0,951 Вт/(м2·°С).


Таблица 25

Расчет
трансмиссионных теплопотерь

Помещение

Параметры ограждения

Разность температур (tв tн)п,
°
C

Основные теплопотери Qосн, Вт

Добавка

Теплопотери Qогр, Вт

Номер

Наименование, температура tв, °C

Наименование

Ориентация

Размеры а´в, м

Площадь А, м2

Коэффициент

на ориентацию b1

прочая b2

1+Sb

теплопередачи К, Вт/(м2·°С)

положения п

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

105

Кабинет, 20

нс

нс

2то

пл

З

С

С

6,74´3,5

6,24´3,5

1,5´2´2

5,70´6,2

23,6

21,8

6,0

35,3

0,372

0,372

1,48

0,326

1,0

1,0

1,0

0,6

48,0

48,0

48,0

28,8

421,4

389,3

426,2

331,4

0,05

0,1

0,1

0,05

0,05

0,05

1,10

1,15

1,15

1,0

463,5

447,6

490,1

331,4

Итого: 1 735

108

Кабинет, 20

нс

то

пл

С

С

3,0´3,5

1,5´2

3,0´6,2

10,5

3,0

18,6

0,372

1,48

0,326

1,0

1,0

0,6

48,0

48,0

28,8

187,5

213,1

174,6

0,1

0,1

0

1,1

1,1

1,0

206,2

234,4

174,6

Итого: 615,2

305

Кабинет, 20

нс

нс

2то

З

С

С

6,74´3,2

6,24´3,2

1,5´2´2

21,6

20,0

6,0

0,372

0,372

1,48

1,0

1,0

1,0

48,0

48,0

48,0

385,1

356,5

426,2

0,05

0,1

0,1

0,05

0,05

0,05

1,10

1,15

1,15

423,6

410,0

490,2

Итого: 1 325

308

Кабинет, 20

нс

то

С

С

3,0´3,2

1,5´2

9,6

3,0

0,372

1,48

1,0

1,0

48,0

48,0

171,4

213,1

0,1

0,1

1,1

1,1

188,5

234,4

Итого: 425

нс

З

6,74´3,2

21,6

0,372

1,0

48,0

385,1

0,05

0,05

1,10

423,6

1005

Кабинет, 20

нс

С

6,24´3,2

20,0

0,372

1,0

48,0

356,5

0,1

0,05

1,15

410,0

2то

С

1,5´2´2

6,0

1,48

1,0

48,0

426,2

од

0,05

1,15

490,2

пт

5,70´6,2

35,3

0,328

0,9

43,2

500,2

1,0

500,2

Итого: 1 825

нс

С

3,0´3,2

9,6

0,372

1,0

48,0

171,4

0,1

1,1

188,5

1008

Кабинет, 20

то

С

1,5´2

3,0

1,48

1,0

48,0

213,1

од

234,4

пт

3,0´6,2

18,6

0,328

0,9

43,2

263,6

0

1,0

263,6

Итого: 690

нс

C

3,2´32,9-3,52

101,8

0,372

1,0

44,0

1 666,3

од

1,1

1 832,9

9то

C

1,2´2´9

21,6

1,48

1,0

44,0

1 406,6

0,1

1,1

1 547,2

нд

C

1,6´2,2

3,52

1,351

1,0

44,0

209,2

0,1

10,1

11,2

2 343,5

пт

3,2´6,2

19,8

0,391

1,0

44,0

340,6

1,0

340,6

А

Лестничная клетка, 16

плI

3,2´2

6,4

0,48

1,0

44,0

135,2

1,0

135,2

плII

3,2´2

6,4

0,23

1,0

44,0

64,8

1,0

64,8

плIII

3,2´2

6,4

0,12

1,0

44,0

33,8

1,0

33,8

плIV

0,2´2

0,4

0,07

1,0

44,0

1,2

1,0

1,2

вс1

14,0

0,60

0,6

26,4

221,8

1,0

221,8

вд

0,9´2

1,8

0,951

0,9

39,6

67,8

1,0

67,8

вс2

36,0

0,40

0,9

39,6

570,2

1,0

570,2

Итого: 7 160

Примечание. В таблице использованы
следующие общепринятые сокращения: нс — наружная стена; то — тройное окно; нд —
наружная дверь; пт — потолок; пл — пол; пл
I — пол в расчетной зоне I;
пл
II — пол в расчетной зоне II; плIII
— пол в расчетной зоне III; пл
IV — пол в расчетной зоне IV;
вс1 — внутренняя стена подвала; вс2 — внутренняя стена
чердака; вд — внутренняя дверь из лестничной клетки на чердак.


2. Значение коэффициента
положения пола первого этажа над неотапливаемым подвалом
n принято по табл. 16 для подвала, не имеющего окон.

3. Добавки к основным теплопотерям определены:

• для вертикального наружного
ограждения на ориентацию по сторонам света (при указанной в графе 4 ориентации)
по п. 7.2;

• для вертикального наружного
ограждения углового помещения по п. 7.2;

• для входной двери в здание на
врывание наружного воздуха по п. 7.2 (при двойных дверях с
тамбуром между ними
b = 0,27·37,4 =
10,1).

4. Неутепленный пол по грунту на
лестничной клетке рассчитан по зонам. Сопротивление теплопередаче каждой
расчетной зоны определено по п. 5.3.
Коэффициенты теплопередачи:

• для зоны I ;

• для зоны II ;

• для зоны III ;

• для зоны IV .

5. Теплопотери входной двери в
здание рассчитываются отдельно от наружной стены, т.к. надбавка на врывание
наружного воздуха в здание относится только к теплопотерям двери, поэтому ее
площадь вычитается из площади наружной стены.

7.4. Потребность в теплоте на нагревание инфильтрационного
воздуха

Расход наружного воздуха,
поступающего в помещения в результате инфильтрации в расчетных условиях,
зависит от объемно-планировочного решения здания, а также плотности окон,
балконных дверей, витражей. Задача инженерного расчета сводится к определению
расхода инфильтрационного воздуха
Gинф, кг/ч, через
отдельные ограждения каждого помещения. Инфильтрация через стены и покрытия
невелика, поэтому ею обычно пренебрегают и рассчитывают только через заполнение
световых проемов, а также через закрытые двери и ворота, в том числе и те,
которые при обычном эксплуатационном режиме не открываются. Затраты теплоты на
врывание воздуха через открывающиеся двери и ворота в расчетном режиме
учитываются добавками к основным теплопотерям через входные двери и ворота.

Расчет выявляет максимально
возможную инфильтрацию, поэтому считается, что каждое окно или дверь находится
на наветренной стороне здания.

Расчетная разность давлений Dр для окна или двери каждого этажа определяется по формуле (6.8) при расчетных параметрах наружного
и внутреннего воздуха: температурах
tн и tв, плотностях rн и rв, скорости ветра v.

Внутреннее давление рв
в таких расчетах обычно приближенно принимается по формуле (6.6). Тогда разность давлений по разные стороны
воздухопроницаемого элемента здания принимает вид

  (7.2)

где h — расстояние от
земли до центра рассматриваемого воздухопроницаемого элемента в здании (окна,
балконной двери, входной двери в здание, ворот, витража), м.

Из формулы (7.2) видно, что при
определенных соотношениях значений каждого слагаемого формулы на верхних этажах
может сформироваться отрицательная разность давлений
Dр = рнрв, что означает
невозможность инфильтрации.

Расход инфильтрационного воздуха
G
o,
кг/(м2·ч), при этом составит:

• через окна

                                                                                                  (7.3)

• через двери и ворота

                                                                                                  (7.4)

где Gинф,ок, Gинф,нд — фактическое сопротивление
воздухопроницанию соответственно окна и двери (ворот) (при
Dр0 = 10 Па), м2·ч/кг.

Расход теплоты на нагревание инфильтрационного
воздуха Qинф,
Вт, определяется по формуле

Qинф = 0,28GоcA(tвtн)k,                                                                                            (7.5)

где с — теплоемкость
воздуха, кДж/(кг·°С); с = 1,006 кДж/(кг·°С);

k — коэффициент учета
влияния встречного теплового потока в воздухопроницаемых конструкциях (для окон
и балконных дверей с тройными раздельными переплетами
k = 0,7, для окон и балконных дверей с
двойными раздельными переплетами
k = 0,8; для окон и балконных дверей со спаренными переплетами k = 0,9; для окон и балконных дверей с
одинарными переплетами
k
= 1).

Установлено, что через плотные
окна в многоэтажных зданиях осуществляется инфильтрация, которая доходит до 20
% от трансмиссионных теплопотерь, а потому должна быть учтена при расчетах
нагрузки на отопление здания.

Расход инфильтрационного воздуха
может быть уточнен по формуле, предложенной Ю.А. Табунщиковым в
[30], при известном распределении
аэродинамических коэффициентов по фасаду здания и при учете изменения
температуры воздуха по высоте помещения.

7.5. Пример расчета потребности в теплоте на
нагревание инфильтрационного воздуха

Следует определить затраты
теплоты на нагревание инфильтрационного воздуха для помещений 108, 308 и 1008
из примера, описанного в п. 7.3. В
указанных помещениях поддерживается температура
tв = 20 °С. Здание расположено в Москве с расчетной температурой
наружного воздуха
tн = -28 °С и с расчетной скоростью ветра для
холодного периода v = 4,9 м/с. Высота здания от земли до верха вытяжной
шахты, согласно примерам пп. 6.3
и 7.3,
Н = 37,4 м, высота этажа
hэт = 3,2 м. Земля
расположена ниже уровня пола первого этажа на 0,9 м, а окна над полом каждого
этажа на 0,85 м.

Площадь окон в комнате здания
равна 3 м2. Фактическое сопротивление воздухопроницанию окна
Rинф,req = 0,65 м2·ч/кг при Dр0 = 10 Па. Окна выполнены
из двухкамерного стеклопакета.

1. Разность давлений по разные
стороны окна расчетного помещения
Dр, Па, определяем по формуле (7.2):

  на первом этаже

• на третьем этаже

• на десятом этаже

где rн, rв определяются по формуле (6.2):

h — расстояние от земли до центра окна, м:

• первого этажа h = 0,9 + 0,85 +
2/2 = 2,75 м;

• третьего этажа h = 2,75 +
2·3,2 = 9,15 м;

• десятого этажа h = 9,15 +
7·3,2 = 31,55 м;

Кдин определяется по табл. 22 при типе местности С, соответствующем
городской застройке с высотой зданий 25 м и выше; Кдин = 0,77
по табл. 22 при высоте здания Н = 37,4 м;

сн, сз определяются по п. 6.1.3: сн
= 0,8, сз = -0,6.

2. Расход инфильтрационного
воздуха через 1 м2 окна в 1 ч (фактическую воздухопроницаемость
окна) Gо, кг/(м2·ч), находим по формуле (7.3):

• для первого этажа

• для третьего этажа

на десятом этаже инфильтрации
нет, т.к.
Dр отрицательна.

3. Расход теплоты на нагревание
инфильтрационного воздуха
Qинф, Вт,
определяем по формуле (7.5):

• для первого этажа

Qинф
= 0,28·4,32·1,006·3·(20 + 28)·1 = 175 Вт;

для третьего этажа

Qинф
= 0,28·3,34·1,006·3·(20 + 28)·1 = 135 Вт.

7.6. Нагревание транспортных средств и ввозимых
материалов

В качестве расчетных теплопотерь
на нагревание ввозимых материалов и транспортных средств принимают средние
теплозатраты за 1 ч.

Теплозатраты Qм, Вт, на нагревание транспортных средств и ввозимых материалов,
изделий, одежды определяются по формуле

                                                                                                     (7.6)

где Gм — масса
ввозимых материалов, изделий, одежды, а также транспортных средств (автомашин,
железнодорожных вагонов и т.п.), кг;

с — удельная массовая теплоемкость материала
или транспортного средства, Дж/(кг·°С);

tм — температура поступившего материала или транспортного средства, °С;

В — доля среднего уменьшения полной разности
температур (tвtм) во всем объеме
материала за интервал времени с начала нагрева помещения; определяется по табл.
26.

Удельная массовая теплоемкость
материала или транспортного средства с определяется по справочникам
физических величин материалов. Так, для меди с = 420 Дж/(кг·°С), для
стали и чугуна с = 480 Дж/(кг·°С), для большинства строительных
материалов с = 840-880 Дж/(кг·°С), для верхней шерстяной одежды с
= 1590 Дж/(кг·°С), для изделий из дерева с = 2 300 Дж/(кг·°С), для воды с
= 4187 Дж/(кг·°С).

Температура материала или
транспортного средства tм принимается для материалов, поступающих
из соседних помещений, по технологическому заданию; температура материалов,
изделий и транспортных средств, поступающих с улицы, определяется: для металла
— равной расчетной температуре наружного воздуха tн, для
других несыпучих материалов и изделий — на 10 °С выше tн; для
сыпучих материалов (песка, руды, угля и т.п.), а также волокон и одежды — на 15
°С выше tн.

Таблица 26

Доля теплоты, необходимая для нагрева ввозимого материала до
температуры помещения

Время нахождения в
помещении

Коэффициент доли теплоты В

Для несыпучих материалов и
транспорта

Для сыпучих материалов

Для одежды

1-й час

0,5

0,40

0,35

2-й час

0,3

0,25

0,20

3-й час

0,2

0,15

0,12

Для расчета
теплозатрат на нагревание транспортных средств Qт.c, Вт,
используется следующая формула [39]:

Qт.c =
0,029
Gт.cп(tв
tн),                                                                                              (7.7)

где 0,029 — расход теплоты, Вт,
на нагревание на 1 °С 1 кг массы транспортных средств, въезжающих за 1 ч;

Gт.c — собственная масса транспортного средства,
кг;

п — число автомашин,
въезжающих за 1 ч в помещение.

Собственную массу транспортных
средств
Gт.c принимают по соответствующим справочникам.
Приближенно ее можно принимать для легковых машин малого класса
Gт.c = 1200 кг, среднего Gт.c = 1500 кг,
тяжелого
Gт.c = 2100 кг. Кроме того, можно считать, что
собственная масса автомобиля, приходящаяся на 1 кВт мощности двигателя, для
легковых машин составляет 20-22 кг, для грузовых автомобилей, самосвалов,
автобусов — 55-65 кг.

7.7. Учет теплоты, идущей на испарение влаги

Для ряда производственных зданий
при расчете теплопотерь необходимо учитывать теплоту, идущую на испарение влаги
с пола и других поверхностей. При этом следует иметь в виду, что теплоту
испарения возмещает воздух помещения, если температура испарения ниже
температуры воздуха. Температуру испарения воды tисп
допустимо принимать на 2 °С ниже, чем у поверхности, с которой она испаряется.
Количество испаряющейся влаги М, кг/ч, можно определить по формуле [42]

                                                               (7.8)

где vв
скорость движения воздуха над поверхностью испарения, м/с; принимается равной
подвижности воздуха в помещении;

рпов — парциальное давление насыщения водяным паром при температуре
поверхности испарения жидкости tисп, кПа;

рокр — парциальное давление в окружающем воздухе, кПа;

А — площадь поверхности испарения, м2;

В — барометрическое давление, кПа.

При этом расход теплоты Qисп,
Вт, равен скрытой теплоте, идущей на испарение влаги:

                                                                                             (7.9)

7.8. Суммарные расчетные теплопотери помещения

Расчетные теплопотери здания
соответствуют максимальному дефициту теплоты в каждом помещении при расчетной
температуре наружного воздуха tн, за которую принимается
средняя температура наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92.
Расчетной скоростью ветра считается максимальная из средних скоростей ветра в
январе по румбам с обеспеченностью не менее 16 % (п. 1.4).

Расчетные теплопотери Qрасч,
Вт, согласно СНиП 41-01-2003 [11], СНиП
2.04.05-91* [34], [37,
38],
в зданиях, оборудованных механической приточной вентиляцией, определяются по
сумме трансмиссионных потерь теплоты Qогр и потребности в
теплоте на нагревание инфильтрационного воздуха Qинф:

Qрасч = Qогр + Qинф,                                                                                                       (7.10)

где Qогр
определяется по пп. 7.1-7.3;

Qинф рассчитывается по п. 7.4.

В производственных помещениях
также учитывается расход теплоты на нагревание материалов, оборудования и
транспортных средств и материалов, ввозимых в помещение с улицы, Qм,
Qт.c, Вт. В помещениях, в которых влага испаряется с
поверхностей, в нагрузке на отопление учитывается теплота, идущая на испарение
воды, Qисп, Вт (не путать со случаями, когда речь идет о
поверхности воды с температурой, превышающей температуру воздуха в помещении).
В производственных помещениях могут наблюдаться теплопотери, связанные с
технологическим процессом, Qтехн, Вт (например, при
химических реакциях, потребляющих теплоту из окружающего воздуха), или
связанные с охлаждением внутреннего воздуха у холодных поверхностей
технологического оборудования, трубопроводов и воздуховодов.

В общем случае расчетные
тепловые потери помещения Qрасч, Вт, в общественном или
промышленном здании определяются по формуле

Qрасч = Qогр + Qинф + Qт.c + Qисп + Qтехн.                                                                       (7.11)

Для помещений, оснащенных только
системами вытяжной вентиляции с притоком через форточки или специальные
приточные устройства (как, например, в большинстве жилых зданий), на систему
отопления возлагается нагрев вентиляционной нормы наружного воздуха. Расход
теплоты на нагревание вентиляционного воздуха Qвент, Вт,
определяется по формуле

Qвент = 0,28LcrA(tвtн),                                                                                             (7.12)

где L — расчетный расход
вентиляционного воздуха, м3/ч; принимается для жилых и общественных
зданий по стандарту АВОК «Здания жилые и общественные. Нормы воздухообмена» [40]
(для жилых зданий нормы вентиляционного воздухообмена по [40]
приведены в п. 10.2.2),
для производственных зданий только с вытяжной вентиляцией — по отраслевым
нормам проектирования.

Расчетная нагрузка на систему
отопления Qрасч в таких помещениях уменьшается, т.к.
учитывается тепловой поток, регулярно поступающий от электрических приборов,
освещения, технологического оборудования, трубопроводов, людей и других
источников.

Таким образом, расчетные
теплопотери помещений жилого здания, оборудованного только вытяжной
вентиляцией, определяются по следующим формулам:

• для жилой комнаты

Qрасч = Qогр + Qвент/инфQбыт;                                                                                       (7.13)

• для кухни

Qрасч = Qогр + QинфQбыт,                                                                                            (7.14)

где Qвент/инф
— большая из потребностей в теплоте на
нагревание вентиляционного Q
вент или инфильтрационного Qинф воздуха; при плотных современных окнах
вентиляционный расход обычно больше, чем расход инфильтрационного воздуха. В
зданиях, построенных до 2000 года, расход теплоты на нагревание
инфильтрационного воздуха может превышать необходимую вентиляционную норму;

Qбыт — тепловой поток от бытовых источников
теплоты, Вт; при определении расчетных теплопотерь

Qбыт = qвA1.
                                                                                                                (7.15)

где qв — удельные бытовые тепловыделения, Вт/м2.
Тепловой поток, поступающий в жилые комнаты и кухни жилых домов, при расчете
тепловой мощности системы отопления следует принимать не менее
qв
= 10 Вт на 1 м2 пола;

A1 — площадь
комнаты или кухни;

• для лестничных клеток по
формуле (7.10).

Глава 8. Удельная тепловая характеристика здания

На стадии предпроектной подготовки
часто приходится оценивать теплопотери здания, когда еще нет окончательных
планировок и не проработана конструкция наружных ограждений. В этом случае
полезной может оказаться удельная тепловая характеристика
qm, Вт/(м3·°С), которая является
теплотехнической оценкой строительной части здания, показывающей тепловой
поток, необходимый для повышения 1 м3 объема постройки на 1 °С. На
стадии технико-экономического обоснования строительства (проекта) удельная
тепловая характеристика может являться одним из контрольных ориентиров. Эта
величина рассчитывается по формуле

                                                                                                        (8.1)

где Qзд
тепловая нагрузка на систему отопления здания, Вт; определяется как сумма
расчетных теплопотерь Qрасч, Вт, всех помещений здания;

Vзд — отапливаемый объем здания, м3.

Строительный объем (и его
отапливаемую часть) принято определять по наружным обмерам здания, т.к.
практически вся толща ограждений, контактирующих с отапливаемыми помещениями,
нагревается, и на это тратится тепловая энергия. Если по удельной тепловой
характеристике впоследствии определять теплопотери аналогичного здания, то в
этом случае лучше взять объем с запасом.

Для зданий, возведенных до 1994
года, существовали ориентировочные величины удельной тепловой характеристики
различных типов зданий. Получить такие значения для современных строений можно,
проследив зависимость величин, входящих в формулу (8.1).

Ориентировочные значения
удельной тепловой характеристики для жилых и административных зданий приведены
на рис. 37,38. При расчете этих данных были рассмотрены здания прямоугольной
формы без световых фонарей в покрытии, расположенные в Москве. В качестве
расчетного принималось требуемое сопротивление теплопередаче наружного
ограждения (табл. 15)
при длительности отопительного периода 4 943 °С·сут. Сопротивление
теплопередаче окон в соответствии с МГСН 2.01-99*
[12] было принято равным 0,54 м2·°С/Вт
при степени остекления фасадов жилых зданий не более 18 %, а в административных
— не более 25 % и 0,56 м2·°С/Вт при большем проценте остекления
фасадов.

При расчете qm для жилого здания тепловая нагрузка на систему отопления включала в
себя трансмиссионные теплопотери и потребность в теплоте на нагревание
вентиляционного воздуха с расходом 3 м3/ч на 1 м2 жилой
площади (доля жилой площади от общей последовательно принята равной 0,5 и 0,7)
за вычетом внутренних тепловыделений 10 Вт/м2 жилой площади. Расчет
для административного здания выполнялся исходя из трансмиссионных и
инфильтрационных теплопотерь. Расход инфильтрационного воздуха рассчитывался
поэтажно с учетом высоты здания и площади окон. Окна приняты плотными с
сопротивлением воздухопроницанию 0,65 м2·ч/кг при
Dр = 10 Па. В соответствии с необходимостью получения максимальных
теплопотерь все окна считались расположенными на наветренной стороне.

Рис. 37. Удельная тепловая характеристика qm, Вт/(м3·°С), жилого
здания в Москве в зависимости от доли остекления фасада при ширине корпуса 10,
15, 20, 30, 45 м:
а — при доле жилой площади от общей 0,5, с числом этажей 5; б — при доле жилой
площади от общей 0,5, с числом этажей 15, в — при доле жилой площади от общей
0,7, с числом этажей 5; г — при доле жилой площади от общей 0,7, с числом
этажей 15

Рис. 38. Удельная тепловая характеристика qm, Вт/(м3·°С),
административного здания в Москве в зависимости от доли остекления фасада при
ширине корпуса 10, 15, 20, 30, 45 м:
а — при числе этажей 5 м и высоте этажа 3 м; б — при числе этажей 15 м и высоте
этажа 3 м; в — при числе этажей 25 м и высоте этажа 3 м

На величину удельной тепловой
характеристики здания
qm оказывают
значительное влияние длина и ширина корпуса, доля остекления фасадов, что видно
из рис. 37,38. В жилых зданиях на удельную тепловую характеристику в меньшей
степени влияют и высота здания (при числе этажей более 10), и высота этажа,
т.к. большую часть в этой характеристике составляет потребность в теплоте на
нагревание вентиляционной нормы воздуха. На удельную тепловую характеристику
административных зданий высота здания также влияет незначительно, хотя более
заметно, чем в жилых. Доля теплопотерь на нагревание инфильтрационного воздуха
заметна даже при относительно плотных окнах и возрастает с увеличением высоты
здания, при этом сокращается относительная доля теплопотерь через пол и
покрытие.

Глава 9. Теплопотери помещений, обслуживаемых
различными системами отопления

9.1. Методика сравнения теплопотерь за счет
теплопередачи при отоплении различными системами

Сравним теплопотери помещения
при различных системах отопления: радиаторной, конвекторной, воздушной,
панельной потолочной и панельной напольной — при условии поддержания во всех
случаях одинаковой результирующей температуры помещения tп,
определяемой по формуле (2.4). Все
параметры процесса неизменны во времени. Рассчитываем усредненную в объеме
помещения температуру воздуха tв и находим значения
температуры на внутренних поверхностях всех ограждений и мебели (оборудования)
ti, в том числе температуры на поверхностях
панелей отопления, необходимые для поддержания заданной tп.

Радиационную температуру можно определить по
формуле (2.3) как средневзвешенную
по площадям температуру внутренних поверхностей, обращенных в помещение (т.е.
внутренних поверхностей наружных и внутренних ограждений и мебели). Тогда

                                                                                                                (9.1)

При этом площадь мебели
принимается равной половине суммы площадей всех ограждений.

Расчет предполагает, что
воздушная система отопления всю теплоту привносит в помещение конвективным
путем, когда доля конвективной составляющей
rк = 1, лучистой rл = 0; в конвекторной системе rк = 0,9, rл = 0,1; в радиаторной rк = 0,7, rл = 0,3. В панельной системе считается, что rк = 0 и rл = 0, т.к. панели привносят теплоту в процессе лучисто-конвективного
теплообмена между рассматриваемыми поверхностями помещения, в то время как
радиаторы и конвекторы считаются дополнительными внутренними источниками, и их
поверхности в данной задаче не учитываются.

При всех системах отопления
тепловой режим помещения описан одной и той же системой уравнений, состоящей из
теплового баланса внутренних поверхностей и воздуха помещения (по однозонной
модели без учета возможного отличия температуры воздуха в отдельных частях
помещения от средней величины).

В тепловом балансе каждой
поверхности, обращенной в помещение, учитывается лучистый теплообмен ограждений
друг с другом и конвективный каждого из них с воздухом помещения. Также
учитывается падающий лучистый поток от внутренних источников (например, от
приборов отопления), а также теплообмен с наружной средой и другими
помещениями, имеющими температуру, отличающуюся от поддерживаемой в
рассматриваемом пространстве. Теплообмен с наружной средой и другими
помещениями определяется с помощью неполного (без учета сопротивления
теплообмену на внутренней поверхности) коэффициента теплопередачи
k

( т = 1, 2,…, М, где М — число слоев в
ограждении).

Тепловой баланс внутренней
поверхности каждого ограждения имеет вид

                                                   (9.2)

где j — индекс, относящий величину к
рассматриваемой поверхности;

tн,j — температура за рассматриваемым ограждением (наружная или другого
помещения), °С;

tj — температура внутренней поверхности
рассматриваемого ограждения, °С;

I — количество всех поверхностей в помещении; i = 1, 2, …j,… I;

i — индекс, относящий
величину к одной из поверхностей, окружающих рассматриваемую;

aл,j-i — коэффициент лучистого теплообмена между
рассматриваемой поверхностью и любой другой;

aк,j — коэффициент конвективного теплообмена на
рассматриваемой поверхности;

Qл,j — лучистые теплопоступления от внутренних
источников на рассматриваемую поверхность, Вт.

В расчете учитываются
теплопоступления только от приборов отопления, поэтому для данного случая
лучистые теплопоступления
Qл,j, Вт,
вычисляются по формуле

                                                                                                            (9.3)

где Qп
теплопотери помещения за счет теплопередачи через все ограждения, Вт;
определяются по формуле

                                                                                               (9.4)

где N — число наружных
ограждений;

n — индекс, относящий
величину к поверхности наружного ограждения.

В тепловом балансе воздуха
помещения учитываются конвективный теплообмен каждой поверхности с воздухом,
конвективная часть теплопоступлений от внутренних источников и теплопотери от
инфильтрации наружного воздуха:

                                                                                 (9.5)

где Qк
конвективные теплопоступления в помещение, Вт; определяются по формуле

Qк = Qпrк.
                                                                                                                   (9.6)

Решение системы уравнений
теплового баланса для всех внутренних поверхностей и воздуха помещения
выполняется итерационным методом, на каждом шаге которого уточняются
коэффициенты конвективного и лучистого теплообмена. При этом учитываются
разности температур между теплообменивающимися средами, положение ограждения в
пространстве (вертикальное, горизонтальное), направление теплового потока
(вверх или вниз от охлажденной или нагретой по сравнению с воздухом
поверхности) по формулам
(3.10)- (3.12), а также
общая подвижность воздуха в помещении по формулам (3.18), (3.19).
В расчете коэффициентов лучистого теплообмена вычисляются коэффициенты взаимной
облученности всех ограждений и приведенные относительные коэффициенты излучения
каждой пары поверхностей по формуле (3.27).
Коэффициент лучистого теплообмена для каждой поверхности, обращенной в
помещение, при теплообмене с любой другой определяется по формуле (3.55).

9.2. Пример сравнения теплопотерь при отоплении различными
системами

Для расчета по приведенной выше
методике рассмотрим рядовую комнату с одной наружной стеной и одним окном,
расположенную на промежуточном этаже. При всех системах отопления в ней поддерживается
одинаковая результирующая температура помещения tп = 20 °С.

Коэффициент теплопередачи
наружной стены — 0,37 Вт/(м2·°С), окна — 1,82 Вт/(м2·°С).
Температура наружного воздуха tн = -28 °С. Потребность в
теплоте на нагревание инфильтрационного воздуха равна 120 Вт. Подвижность
воздуха vв = 0,2 м/с.

Приняты следующие геометрические
характеристики помещения: длина наружной стены — 6 м; глубина помещения — 4 м;
высота помещения — 3,6 м; высота окна — 2 м; расстояние от пола до низа окна —
0,85 м. Окно находится посередине ширины наружной стены.

В помещении имеется мебель с
общей площадью поверхностей, равной половине площади всех поверхностей
ограждений, обращенных в помещение.

Относительные коэффициенты
излучения поверхностей в расчете приняты: для потолка (побелка)
e = 0,62; для пола (масляная краска, дерево) e = 0,81; для стен (штукатурка) e = 0,92; для окна (стекло) e = 0,94.

Коэффициенты облученности между
ограждениями в помещении приведены в табл. 27.

Таблица 27

Коэффициент облученности между парами ограждений в помещении

С поверхности

На поверхность

Потолок

Пол

Наружная стена с окном

Внутренняя перегородка
(справа от наружной стены)

Внутренняя перегородка
(противоположная наружной стене)

Внутренняя перегородка
(слева от наружной стены)

Окно

Мебель

Потолок

0

0,248

0,137

0,124

0,189

0,124

0,053

0,143

Пол

0,248

0

0,137

0,124

0,189

0,124

0,053

0,143

Наружная стена с окном

0,210

0,210

0,000

0,124

0,205

0,124

0

0,143

Внутренняя перегородка (справа от наружной стены)

0,206

0,206

0,135

0

0,187

0,089

0,052

0,143

Внутренняя перегородка (противоположная наружной
стене)

0,210

0,210

0,148

0,124

0

0,124

0,057

0,143

Внутренняя перегородка (слева от наружной стены)

0,206

0,156

0,135

0,089

0,187

0

0,052

0,143

Окно

0,210

0,210

0

0,124

0,213

0,124

0

0,143

Мебель

0,143

0,143

0,143

0,143

0,143

0,143

0,143

0

Промежуточный результат
расчета — определение по формуле (3.56)
коэффициента лучистого теплообмена aл на поверхностях помещения при различных
системах отопления (табл. 28).

Таблица 28

Коэффициент лучистого теплообмена aл, Вт/(м2·°С),
на поверхностях помещения

Поверхность

Система отопления

Воздушная

Конвекторная

Радиаторная

С потолочной панелью

С напольной панелью

Потолок

3,39

3,39

3,40

3,53

3,45

Пол

4,13

4,13

4,14

4,21

4,27

Наружная стена с окном

4,53

4,54

4,55

4,61

4,61

Внутренняя перегородка (справа от наружной стены)

4,13

4,14

4,15

4,21

4,21

Внутренняя перегородка (противоположная наружной
стене)

4,56

4,57

4,57

4,65

4,64

Внутренняя перегородка (слева от наружной стены)

4,13

4,15

4,15

4,21

4,21

Окно

4,43

4,44

4,44

4,50

4,50

Мебель

4,56

4,57

4,58

4,66

4,66

Коэффициенты
конвективного теплообмена
aк, Вт/(м2·°С), рассчитанные по формулам (3.10)- (3.12) с учетом общей подвижности воздуха v
= 0,2 м/с по (3.18), (3.19), приведены в табл. 29.

Таблица 29

Коэффициент конвективного теплообмена aк, Вт/(м2·°С),
на поверхностях помещения

Поверхность

Система отопления

Воздушная

Конвекторная

Радиаторная

С потолочной панелью

С напольной панелью

Потолок

2,70

2,61

2,39

2,28

1,45

Пол

1,48

1,43

1,31

2,80

3,99

Наружная стена с окном

2,60

2,56

2,48

1,93

1,94

Внутренняя перегородка (справа от наружной стены)

2,09

2,03

1,87

2,04

2,02

Внутренняя перегородка (противоположная наружной
стене)

2,10

2,04

1,89

2,03

2,02

Внутренняя перегородка (слева от наружной стены)

2,09

2,03

1,87

2,04

2,02

Окно

3,78

3,76

3,74

3,57

3,57

Мебель

1,88

1,87

1,85

1,69

1,69

Результат расчета —
значения температуры на поверхностях ограждений
ti (табл. 30), средние значения радиационной tr результирующей tп и
температуры внутреннего воздуха tв (табл. 31), а также
значения теплопотерь ограждения за счет теплопередачи Qп
(табл. 32).

Таблица 30

Температура на поверхности ограждения ti, °С

Поверхность

Система отопления

Воздушная

Конвекторная

Радиаторная

С потолочной панелью

С напольной панелью

Потолок

19,95

20,03

20,20

26,77

21,13

Пол

19,58

19,69

19,93

21,07

24,67

Наружная стена с окном

17,81

17,89

18,05

18,97

18,90

Внутренняя перегородка (справа от наружной стены)

19,65

19,75

19,95

21,03

20,98

Внутренняя перегородка (противоположная наружной
стене)

19,62

19,71

19,91

21,01

20,97

Внутренняя перегородка (слева от наружной стены)

19,65

19,75

19,95

21,03

20,98

Окно

9,86

9,90

9,98

10,53

10,54

Мебель

19,12

19,21

19,39

20,24

20,23

Таблица 31

Общая температурная обстановка в помещении, °С

Температура

Система отопления

Воздушная

Конвекторная

Радиаторная

С потолочной панелью

С напольной
панелью

Радиационная tr

19,01

19,10

19,29

20,16

20,16

Воздуха помещения tв

20,99

20,90

20,71

19,84

19,84

Результирующая помещения tп

18,00

20,00

20,00

20,00

20,00

Таблица 32

Теплопотери помещения Qп, Вт

Система отопления

Воздушная

Конвекторная

Радиаторная

С потолочной панелью

С напольной панелью

918,9

919,9

922,1

935,0

934,9

9.3. Анализ полученных результатов

По мере уменьшения конвективной составляющей rк
в теплоподаче отопительных приборов в помещении снижается разность температур
воздуха помещения и радиационной в соответствии с тепловым балансом воздуха
[формула (9.5)] при уменьшении Qк.
При увеличении этой разности температура воздуха tв
увеличивается, а радиационная температура tr понижается, поэтому уменьшается
и температура внутренней поверхности наружных ограждений, а следовательно, и их
теплопотери. Правда, в данном случае увеличение теплопотерь по мере снижения
конвективной составляющей в теплоподаче незначительно, т.к. сами теплопотери
невелики.

Наиболее низкая температура в
помещении формируется на поверхностях наружных ограждений, причем чем больше
коэффициент теплопередачи (т.е. чем меньше сопротивление теплопередаче), тем
ниже температура. У окна температура самая низкая (9,86-10,54 °С), т.к. Кок
= 1,82 Вт/(м2·°С), у наружной стены значения температуры выше
(17,81-18,97 °С), т.к. коэффициент теплопередачи Кнс = 0,37
Вт/(м2·°С) < Кок = 1,82 Вт/(м2·°С).

На температуру поверхности,
обращенной в помещение, оказывает влияние не только температура за ограждением
и его сопротивление теплопередаче, но и лучисто-конвективный теплообмен между
поверхностями. Во всех случаях, кроме обогрева напольной панелью, температура
потолка выше температуры внутренних стен, которая, в свою очередь, выше
температуры пола, несмотря на то что все эти ограждения являются внутренними и
за ними находятся помещения с таким же режимом, как в рассматриваемом.

На понижении температуры
какой-либо поверхности внутреннего ограждения сказывается лучистый теплообмен
этой поверхности с окном. Наибольший коэффициент
j облученности окна с противоположной ему
внутренней перегородкой, поэтому ее температура на 0,03-0,04 °С ниже, чем у
боковых стен справа и слева от наружной стены.

В данном помещении коэффициенты
облученности с каждой поверхности ограждения на окно невелики и мало отличаются
друг от друга (от 0,052 до 0,057), поэтому влияние лучистого теплообмена с
окном проявилось в меньшей степени, чем конвективного с воздухом помещения.
Отметим, что наименьшие коэффициенты лучистого теплообмена формируются на
поверхности потолка, что объясняется наименьшим значением его относительного
коэффициента излучения
e = 0,62. Значит, на температуру потолка в
наименьшей из всех поверхностей степени влияет лучистый теплообмен, а в
наибольшей — конвективный.

При отоплении системой с
конвективной составляющей (воздушной, конвекторной, радиаторной) коэффициент
конвективного теплообмена формируется в условиях, когда у каждой поверхности
температура ниже температуры воздуха. Для этого случая с учетом
(3.10)- (3.12) и (3.18),
(3.19) формула для определения
коэффициента конвективного теплообмена
aк,i; Вт/(м2·°С), при высоте помещения hп, м, принимает вид:

Значения коэффициента А в
формуле: для потолка А = 2,16, для стен А = 1,67, для пола А
= 1,16. Соотношение этих значений отражает то, что на потолке — самый
интенсивный теплообмен с воздухом, а на полу — самый слабый (охлажденный воздух
стелется по полу), что температура потолка ближе всего к температуре воздуха, а
пола — дальше. Этим и объясняется наибольшая температура потолка и наименьшая —
пола.

В условиях поддержания одной и
той же температуры в помещении температура потолочной панели должна быть выше,
чем напольной, т.к. интенсивность конвективного теплообмена на греющих
потолочной и напольной панелях различна. При потолочном отоплении теплый воздух
скапливается под нагретой потолочной панелью, при напольном же — хорошо
перемешивается в объеме воздуха, что в расчете учитывается коэффициентом А.

Роль лучистого теплообмена при панельном отоплении
проявляется в том, что все поверхности, обращенные в помещение, имеют более
высокие значения температуры, чем при системах с большой долей конвективной
составляющей, т.е. более высокую радиационную температуру. Поэтому панельные
системы отопления часто называют радиационными.

При лучистом отоплении
охлаждающий конвективный поток, создающийся инфильтрацией, формирует
температуру воздуха ниже радиационной. При воздушном, конвекторном и
радиаторном отоплении конвективный поток от системы отопления превышает
теплопотери за счет инфильтрации, и поэтому температура воздуха выше
радиационной.

Следовательно, несмотря на то
что при панельном радиационном отоплении теплопотери за счет теплопередачи
несколько выше, чем при других системах, экономия теплоты может быть достигнута
за счет вентиляции, т.к. температура приточного воздуха может быть немного
понижена по отношению к необходимой температуре помещения tп,
формируя более низкую температуру воздуха помещения tв.
Однако понижение температуры воздуха помещения tв вызывает
необходимость повышать радиационную температуру t
r в нем, т.к. температурная обстановка в
помещении должна соответствовать нормативной (
табл. 4 и 6).
Кроме того, следует учитывать, что повышение радиационной температуры t
r увеличит теплопотери помещения за счет
теплопередачи.

9.4. Пример проверки выполнения условий комфортности

Для поддержания в
административном помещении (по аналогии с п. 9.2)
результирующей температуры tп = 20 °С температура потолочной
панели размером 6
´4 м должна быть tпн = 26,8
°С. Температура воздуха tв = 19,84 °С. Высота помещения от
пола этажа до пола следующего — 3,6 м. В данном помещении должны поддерживаться
оптимальные условия.

Проверим первое и второе условия
комфортности.

Первое условие комфортности,
согласно
п. 2.1, считается выполненным, если сочетание tв
и t
r
в помещении категории 2 (т.е. в таком, где люди заняты умственным трудом или
учебой) находится в пределах, обозначенных в
табл. 4. По этой таблице диапазон оптимальной tв
— в пределах 19-21 °С, tп — 18-20 °С. Сочетание параметров
микроклимата в рассматриваемом помещении отвечает оптимальным условиям.

Второе условие комфортности
ограничивает температуру нагретой поверхности допустимой величиной , рассчитываемой по формуле (2.6). Коэффициент облученности с элементарной площадки
на голове человека на нагретую панель
jг.ч-п найдем по графику на рис. 13 (при компьютерном расчете удобно
пользоваться формулой (3.34)).
Человек находится в центре помещения, поэтому расчетный прямоугольник, под
углом которого он стоит, имеет размеры 2
´3 м. При

где 0,3 — толщина перекрытия, м;

2 — высота рабочей зоны, м;

j
= 0,205.

Полученную с графика величину ф
следует умножить на 4:

jг.ч-п = 0,205·4 = 0,82;

Температура на поверхности
панели ниже допускаемой (26,8 < 29,8 °С), следовательно, второе условие
комфортности выполняется.

Глава 10. Теплопотери здания и удельный расход тепловой энергии
на отопление здания за отопительный период*

* В данной главе буквенные
обозначения используются согласно нормативным документам.

10.1. Требуемые величины удельного расхода тепловой
энергии на отопление здания за отопительный период

Потребительский подход к выбору
сопротивления теплопередаче ограждения (см. п. 4.3)
опирается на доказательство того, что удельный расход тепловой энергии на
отопление жилых и общественных зданий за отопительный период не превышает
приведенных в табл. 33 величин по СНиП 23-02-2003 [1].

Таблица 33

Требуемый удельный расход тепловой энергии на отопление здания qh,req,
кДж/(м2·°С·сут) [кДж/(м3·°С·сут)]

Здание

Число этажей

1-3

4,5

6,7

8,9

10,11

12 и выше

1.
Жилое, гостиница, общежитие

По табл. 34

85 [31]
для четырехэтажных одноквартирных и блокированных

домов (по табл. 34)

80 [29]

76 [27,5]

72 [26]

70 [25]

2.
Общественное (кроме 3, 4,5)

[42];
[38];
[36]
соответственно нарастанию этажности

[32]

[31]

[29,5]

[28]

3.
Поликлиника, лечебное учреждение, дом-интернат

[34];
[33];
[32] соответственно нарастанию этажности

[31]

[30]

[29]

[28]

4.
Детское дошкольное учреждение

[45]

5.
Сервисного обслуживания

[23]; [22]; [21] соответственно нарастанию этажности

[20]

[20]

6.
Административного назначения (офис)

[36];
[34];
[33]
соответственно нарастанию этажности

[27]

[24]

[22]

[20]

[20]

Примечание. Для регионов, в которых
количество градусо-суток
Dd = 8 000 °С·сут и более,
требуемые значения
qh,req следует снизить на 5 %.

Для малоэтажного жилого здания
значения требуемого удельного расхода тепловой энергии на отопление
представлены в табл. 34.

Таблица 34

Требуемый удельный расход тепловой энергии на отопление qh,req,
кДж/(м2·°С·сут),
одноквартирных отдельно стоящих и блокированных жилых домов

Отапливаемая площадь здания, м2

Число этажей

1

2

3

4

60 и менее

140

100

125

135

150

110

120

130

250

100

105

110

115

400

90

95

100

600

80

85

90

1 000 и более

70

75

80

По МГСН 2.01-99* [12]
для зданий, расположенных в Москве, величину теплопотребления принято измерять
в кВт·ч/м2. В связи с этим в [32]
данные табл. 33 и 34 переведены в эти единицы и представлены в настоящем
издании в табл. 35, 36 соответственно.

Таблица 35

Требуемый удельный расход тепловой энергии на отопление здания qh,req,
кВт·ч/м2 (за отопительный
период)
[32]

Типы зданий

Этажность зданий

1

2

3

4*, 5

6,7

8,9

10,11

12 и выше

1. Жилые, гостиницы, общежития

По табл. 36

120

110

105

100

95

2. Общественные (кроме 3-6)

190

175

160

145

140

135

130

125

3. Поликлиники, лечебные учреждения, дома-интернаты

170

165

160

155

150

145

140

4. Дошкольные учреждения, хосписы

230

5. Административного назначения (офисы)

165

155

145

125

110

100

90

90

6. Сервисного обслуживания

и культурно-досуговой деятельности

с температурой наружного воздуха:

tint = 20°С

140

135

130

125

125

tint = 18°C

130

125

120

115

115

tint = 16°C

120

115

110

105

105

Примечание. Требуемое удельное
энергопотребление установлено из расчета высоты помещений жилого здания и
гостиницы — 2,8 м; административного (офиса) и других общественных зданий — 3,3
м; сервисных зданий — 4,5 м. Для конкретного проекта допускается пересчитывать
нормативные величины, приведенные в таблице, на другие.

* Для четырехэтажных одноквартирных отдельно стоящих и блокированных
домов — по табл. 36.

Таблица 36

Требуемый удельный расход тепловой энергии на отопление qh,req,
кВт·ч/м2, малоэтажных
жилых домов одноквартирных отдельно стоящих и блокированных (за отопительный период) [32]

Отапливаемая площадь дома, м2

С числом этажей

1

2

3

4

60 и менее

195

100

170

185

150

150

165

180

250

135

145

150

160

400

125

130

150

600

110

115

125

1 000 и более

95

105

110

Примечание. Требуемое удельное
энергопотребление установлено из расчета высоты помещений жилых зданий — 3 м.
Для конкретного проекта допускается пересчитывать нормативные величины,
представленные в таблице, на другие.

10.2. Расчет теплотехнических показателей здания в целом

В СНиП 23-02-2003 [1] к основным
теплотехническим показателям проекта отнесены:

• приведенный трансмиссионный
коэффициент теплопередачи здания;

• средняя кратность
воздухообмена здания за отопительный период;

• условный инфильтрационный
коэффициент теплопередачи здания;

• общий коэффициент
теплопередачи здания.

10.2.1. Приведенный трансмиссионный коэффициент
теплопередачи

Приведенный трансмиссионный
коэффициент теплопередачи совокупности наружных ограждений здания определяется
как средний по площадям коэффициент теплопередачи для всех наружных ограждений
объекта. Приведенный трансмиссионный коэффициент теплопередачи здания  Вт/(м2·°С),
показывает средний тепловой поток, Вт, проходящий через 1 м2
суммарной площади всех наружных ограждений при разности температур внутреннего
и наружного воздуха в 1 °С, и определяется по формуле

                                                                 (10.1)

где bh — коэффициент учета дополнительного теплопотребления системы
отопления, связанного с дискретностью номинального теплового потока
номенклатурного ряда отопительных приборов, их дополнительными теплопотерями
через заприборные участки ограждений, повышенной температурой угловых
помещений, теплопотерями трубопроводов, проходящих через неотапливаемые
помещения; принимается:

• в расчетах теплопотребления за
отопительный период
bh = 1;

• в расчетах требуемой мощности
системы отопления многосекционных и других протяженных зданий
bh = 1,13, зданий башенного типа bh = 1,11;

nw, nc, nf — коэффициент положения
отдельного ограждения (стен, потолков, полов) относительно наружного воздуха,
уменьшающий разность температур для ограждения, не соприкасающегося с наружным
воздухом; определяется по формуле (4.3)
или по табл. 16;

Аw, Аc, Аf, АF, Аed
— площадь наружной поверхности соответственно стен, потолков, полов, окон,
входных дверей в здание, м2; правила обмера см. п. 7.1;

 — приведенное сопротивление теплопередаче
соответственно стен, потолков, полов, окон, входных дверей в здание, м2·°С/Вт;
определяется по п. 5;

 — общая площадь всех наружных ограждений
здания, учитываемых в формуле, м2.

Разные конструкции наружных
стен, потолков, полов учитываются самостоятельными слагаемыми. Если здание
имеет стены, потолки или полы, разделяющие помещения с расчетными температурами
внутреннего воздуха, отличающимися на 6 °С и более, то эти ограждения следует
учитывать в формуле (10.1).

10.2.2. Приведенный инфильтрационный (условный) коэффициент
теплопередачи здания и средняя кратность воздухообмена за отопительный период

Приведенный условный
инфильтрационный коэффициент теплопередачи здания служит для оценки расхода
теплоты, идущей на нагревание инфильтрационного и вентиляционного воздуха.

В соответствии со СНиП 23-02-2003 [1]
вентиляционный воздухообмен зданий определяется по расчетной площади А1,
м2. В жилых зданиях А1 — это суммарная площадь
жилых помещений, в общественных и административных зданиях — сумма площадей
всех помещений, за исключением коридоров (если они не служат залами ожидания),
тамбуров, переходов, лестничных клеток, лифтовых шахт, внутренних открытых
лестниц и пандусов, а также помещений для инженерного оборудования и сетей.

Вентиляционный воздухообмен
жилых зданий принимается:

• для зданий с предоставлением
социальной нормы общей площади на человека не более 20 м2 — 3 м3
на 1 м2 жилой площади, т.е. 3А1;

• для других жилых зданий 0,35V (здесь V — объем квартиры, м3), но не
менее 30 м3/ч на одного жителя.

Для общественных зданий
принимаются не проектные вентиляционные расходы, а некоторые условные Lv,
м3/ч, вычисляемые исходя из расчетной площади А1.

• для административных, а также
зданий сервисного обслуживания — 4А1;

• для образовательных и
учреждений здравоохранения — 5А1;

• для спортивных, зрелищных и
детских дошкольных учреждений — 6А1.

Инфильтрационный расход воздуха
определяется:

• для жилых зданий как расход
воздуха, поступающего вследствие инфильтрации в лестничные клетки здания;

• для общественных зданий как
расход воздуха, поступающего через неплотности всех светопрозрачных конструкций
и входных дверей в здание.

Расход инфильтрационного воздуха
на лестничную клетку жилого дома Ginf, кг/ч, через
неплотности входных дверей и окон, витражей, балконных дверей-переходов за счет
разности давлений воздуха на наружной и внутренней поверхности ограждения определяется
с учетом сопротивления воздухопроницанию этих ограждений по формуле

                                                                              (10.2)

где АF, Аed
— суммарная площадь соответственно окон и витражей, балконных дверей и всех
входных дверей в здание, м2;

DpF, Dped — разность давлений наружного и внутреннего воздуха соответственно для
окон и балконных дверей лестничной клетки и лифтовых холлов (по формуле (6.10) с заменой множителя 0,55 на
0,28) и для входных дверей (по формуле (6.10)),
Па;

Ra,F, Ra,ed — сопротивление воздухопроницанию (при Dp0 = 10 Па) соответственно окон, витражей и балконных дверей лестничной
клетки и лифтовых холлов и всех дверей в здание, м2·ч/кг;
определяется по п. 6.4.

Если сопротивление
воздухопроницанию окна и/или балконной двери в лифтовым холле отличается от
соответствующего показателя на лестничной клетки, то в формулу (10.2) следует
ввести два самостоятельных слагаемых с учетом площади каждой конструкции
(например, в лестничном холле балконные двери с тамбуром, а на лестничной
клетке — без него).

Расход инфильтрационного воздуха
общественного здания определяется по формуле (10.2) с учетом сопротивления
воздухопроницанию окон и входных дверей. Допускается инфильтрационный расход
общественных зданий Ginf, кг/ч, определять по формуле

                                                                                                        (10.3)

где bv — коэффициент снижения объема воздуха в здании, учитывающий наличие
внутренних ограждающих конструкций; при отсутствии данных
bv = 0,85;

Vh — отапливаемый объем здания, равный находящемуся в пределах внешних
поверхностей наружных ограждений, м3;

 — средняя плотность приточного воздуха за
отопительный период, кг/м3; определяется по формуле

                                                                                             (10.4)

где tint
расчетная температура внутреннего воздуха, °С;

text — температура наружного воздуха, °С; определяется для средних за
отопительный период условий как средняя температура отопительного периода: text
= tht.

Средняя кратность воздухообмена
здания за отопительный период па, 1/ч, рассчитывается по
суммарному воздухообмену за счет вентиляции и инфильтрации с учетом часов
действия вентиляции и инфильтрации по формуле

                                                                                                 (10.5)

где Lv
расход вентиляционного воздуха, м3/ч;

nv — количество часов работы системы вентиляции в неделю, ч;

ninf — количество часов действия
инфильтрации в течение недели, ч; для зданий только с вытяжной и
сбалансированной приточно-вытяжной вентиляцией ninf = 168;
для зданий, в помещениях которых поддерживается подпор воздуха во время
действия механической приточной вентиляции, ninf = 168 — nv.

Приведенный инфильтрационный
(условный) коэффициент теплопередачи здания , Вт/(м2·°С), показывает тепловой поток, Вт,
необходимый для нагрева в среднесезонных условиях на 1 °С инфильтрационного и
условной нормы вентиляционного воздуха, отнесенный к 1 м2 общей
площади наружных ограждений здания:

                                                                                             (10.6)

где k — коэффициент учета влияния встречного
теплового потока в светопрозрачных конструкциях; определяется по п. 7.4.

Общий коэффициент теплопередачи
здания К
m,
Вт/(м2·°С), показывает суммарный тепловой поток в 1 Вт, необходимый
для компенсации трансмиссионных тепловых потерь здания при разности температур
внутреннего и наружного воздуха в 1 °С и нагрева на 1 °С инфильтрационного и
условной нормы вентиляционного воздуха, отнесенный к 1 м2 общей
площади наружных ограждений здания:

                                                                                                         (10.7)

10.3. Расчет теплоэнергетических параметров здания

Основными теплоэнергетическими
параметрами здания считаются:

• общая потребность в теплоте на
отопление здания и на подогрев вентиляционной нормы воздуха;

• удельный расход теплоты на
отопление здания и на подогрев вентиляционной нормы воздуха.

Для расчета этих показателей
сначала определяются теплопотери здания в течение отопительного периода через
наружные ограждения и за счет инфильтрации. Затем из этой цифры вычитаются
значения теплопоступлений от солнечной радиации и внутренних бытовых
тепловыделений, уменьшенные с учетом аккумуляции некоторого количества теплоты
ограждениями помещений и эффективности регулирования теплоотдачи от
отопительных приборов.

В связи с тем что в СНиП 23-02-2003 [1] и МГСН
2.01-99*
[12] теплоэнергетические параметры рассчитываются
в разных единицах измерения, ниже они приведены для обоих случаев.

10.3.1. Общие теплопотери через наружную ограждающую
оболочку здания

Общие теплопотери через наружную
ограждающую оболочку здания за отопительный период рассчитываются с учетом
нагрева условной нормы вентиляционного воздуха. При поддержании заданной
средней температуры в помещениях общие теплопотери здания за отопительный
период Qh определяются по одной из формул

                                                                                  (10.8)

                                                                                   (10.9)

10.3.2. Бытовые тепловыделения

Согласно СНиП 23-02-2003 [1], величина удельных
бытовых тепловыделений на 1 м2 площади жилых помещений
qint, Вт/м2, принимается для жилых
зданий:

• предназначенных гражданам с
учетом социальной нормы (с расчетной заселенностью квартиры не более 20 м2
общей площади на человека),
qint = 17 Вт/м2;

• без ограничения социальной
нормы (с расчетной заселенностью квартиры не менее 45 м2 общей
площади на человека)
qint =
10 Вт/м2;

• в зависимости от расчетной
заселенности квартиры по интерполяции величины
qint между 17 и 10 Вт/м2.

Удельные бытовые тепловыделения
общественных и административных зданий за отопительный период
qint, Вт/м2, вычисляются в зависимости
от числа людей, находящихся в здании; по расчетному числу (90 Вт на человека);
от освещения (по установленной мощности) и оргтехники (10 Вт/м2) с
учетом рабочих часов в неделю по формуле

                                                                                 (10.10)

где т — число людей,
находящихся в здании, чел;

пр — средняя продолжительность пребывания людей в здании за неделю, ч;

пt — продолжительность искусственного освещения
функциональных помещений здания за неделю, ч;

пw — продолжительность работы оргтехники и
других внутренних источников теплоты в здании, ч.

Бытовые теплопоступления в
течение отопительного периода Qint определяются по формулам

Qint = 0,0864qint A1zht
(
МДж);                                                                                     (10.11)

Qint = 0,024qint A1zht
(кВт·ч).                                                                                      
(10.12)

10.3.3. Теплопоступления в здание от солнечной
радиации

Теплопоступления в здание от
солнечной радиации за отопительный период через окна и фонари Qs,
МДж или кВт·ч, определяются по формуле

                                                                                                  (10.13)

где J — число ориентации по сторонам света,
включая горизонтальную, на которые выходят светопрозрачные элементы ограждающей
конструкции здания;

j — номер ориентации по сторонам света, на
которую ориентированы какие-либо ограждения здания;. j =1,2,…,
J;

tFj — коэффициент учета затенение непрозрачными
элементами окна или фонаря, выходящего на j-ю ориентацию по сторонам
света; определяется по табл. 21;

kFj — коэффициент относительного проникания
солнечной радиации через прозрачную часть окна или фонаря j-й ориентации
по сторонам света; определяется по табл. 21;

AFj — площадь окна или витража, выходящего на j
ориентацию по сторонам света, м2;

Qj — поток суммарной солнечной радиации, приходящей за отопительный
период на поверхность j-й ориентации по сторонам света, МДж/м2
или кВт·ч/м2; определяется по
прил. 2.

10.3.4. Потребность в тепловой энергии на отопление здания

Потребность в тепловой энергии
на отопление здания в течение отопительного периода с учетом нагрева
вентиляционной нормы воздуха , МДж или кВт·ч, находится по формуле

                                                                                       (10.14)

где n — коэффициент снижения теплопоступлении за
счет тепловой инерции ограждающих конструкций;
n = 0,8 в соответствии со СНиП 23-02-2003 [1];

z — коэффициент
эффективности автоматического регулирования подачи теплоты в системы отопления;
в СНиП 23-02-2003 [1]
рекомендуются следующие значения:

• в однотрубной системе с
термостатами и пофасадным автоматическим регулированием на вводе или с
поквартирной горизонтальной разводкой
z = 1,0;

• в двухтрубной системе
отопления с термостатами и с центральным автоматическим регулированием на вводе
z = 0,95;

• в однотрубной системе
отопления с термостатами и с центральным автоматическим регулированием на вводе
или однотрубной системе без термостатов и с пофасадным автоматическим
регулированием на вводе, в двухтрубной системе отопления с термостатами и без
автоматического регулирования на вводе
z = 0,9;

• в однотрубной системе
отопления с термостатами и без автоматического регулирования на вводе
z = 0,85;

• в системе без термостатов и с
центральным автоматическим регулированием на вводе с коррекцией по температуре
внутреннего воздуха
z = 0,7;

• в системе без термостатов и
без автоматического регулирования на вводе — регулирование центральное в ЦТП
или котельной
z = 0,5.

При этом некоторые значения bh для зданий различного типа таковы:

• для многосекционного и другого
протяженного здания
bh = 1,13;

• башенного типа bh = 1,11;

• с отапливаемым подвалом bh = 1,07;

• с отапливаемым чердаком, а
также с квартирным генератором теплоты
bh = 1,05.

10.3.5. Учет теплопоступлений в помещение

Как уже было отмечено в п. 10.3.4,
процедура расчета годового теплопотребления системой отопления, нормируемая в СНиП 23-02-2003 [1] и МГСН
2.01-99*
[12], предполагает вычитание суммы
теплопоступлений в здание из сезонных теплопотерь. Это действие отражает
возможность регулирования температуры воздуха, снижения подачи теплоты в
помещение от системы отопления в целях экономии. В расчете сезонного
энегопотребления учитываются теплопоступления от бытовых источников и от
солнечной радиации, проникающей через светопрозрачные ограждения. При этом не
рассматривается распределение в течение отопительного периода величины
теплопотерь и теплопоступлений, хотя известно, что в начале и конце
отопительного периода теплопоступления от солнечной радиации значительны, а
теплопотери невелики. Всегда ли можно компенсировать теплопоступления путем
снижения теплоподачи отопительных приборов? Этот вопрос интересен как с точки
зрения способа регулирования температуры в помещении, так и со стороны
правильности оценки годового теплопотребления.

В 2000 году на кафедре отопления
и вентиляции МГСУ была проведена работа по определению энергопотребления
учебными зданиями, некоторые результаты которой опубликованы в [42].
Первоначально для проверки соотношения теплопотерь и теплопоступлений в
различное время года предполагалось сравнивать их месячные суммы. В качестве
исходных данных для расчета теплопотерь были приняты среднемесячные температуры
наружного воздуха в Москве по СНиП 23-01-99* [3], а для расчета
теплопоступлений от солнечной радиации — данные, приведенные в
прил. 2. Оказалось, что месячные суммы теплопотерь
всегда больше месячных сумм теплопоступлений.

Однако если сравнивать месячные
суммы теплопотерь и теплопоступлений за время физически возможного солнечного
сияния, а не за полные сутки, то в начале и конце отопительного периода
теплопотери оказываются ниже теплопоступлений.

В [42]
были проведены расчеты для учебных зданий, расположенных в Москве, отличающихся
большой долей остекления фасадов (около 40 %). Исследуемые объекты, построенные
по теплотехническим нормам, действовавшим до 1994 года, и по современным
нормам, имели формы вытянутого прямоугольника, а также близкие к квадрату.

В расчетах определялись
теплопоступления от солнечной радиации, людей, оборудования, а также
теплопотери при среднемесячной температуре и среднесезонной скорости ветра,
направленного на широкий фасад здания. При этом в расчет принимались
теплопоступления за количество дней в каждом месяце отопительного периода,
причем в сентябре таких дней 6, а в апреле — 26. В расчете учитывались
теплопоступления и теплопотери здания только за время солнечного сияния в
каждый месяц.

Рис. 39. Сравнение
месячных сумм теплопоступлений и теплопотерь за время солнечного сияния в
9-этажном здании квадратной формы, построенном по старым нормам

Результаты сравнения полученных
месячных сумм теплопотерь и теплопоступлений были представлены в виде диаграмм,
три из которых приведены на рис. 39,40. В область положительных значений здесь
отнесены указанные теплопотери, а в область отрицательных — теплопоступления
(от людей и оборудования — светлым, за счет солнечной радиации — темным). В
декабре, январе и феврале продолжительность солнечного сияния значительно
меньше, чем в другие месяцы отопительного периода, поэтому учитываемая сумма
теплопотерь в декабре, январе и феврале ниже, чем в остальные месяцы, несмотря
на более низкую среднемесячную температуру.

Видно, что в месяцы переходного
периода (сентябрь, октябрь, апрель) возникают ситуации, когда средние за время
солнечного сияния теплопоступления преобладают над теплопотерями здания за тот
же период. Такое явление чаще всего наблюдается в хорошо теплозащищенных
зданиях, отвечающих современным теплотехническим нормам.

Поэтому при определении расхода
тепловой энергии на отопление здания в течение отопительного периода по СНиП 23-02-2003 [1] и МГСН
2.01-99*
[12] следует учитывать это явление введением
коэффициента Кт.п, уменьшающего величину теплопоступлений в
течение отопительного периода и учитывающего невозможность компенсировать все
теплопоступления закрытием терморегулирующего клапана на отопительном приборе.
Для корпусов вузов с учетом принятых размеров окон, тепловыделений от
оборудования коэффициент Кт.п определялся по формуле

                                                                             (10.15)

где  — месячные суммы
соответственно теплопоступлений и теплопотерь в течение отопительного периода,
МВт·ч; в числителе суммируются только положительные разности;

 — полная сезонная сумма теплопоступлений, МВт·ч.

На величину Кт.п
влияет относительно меньшее возрастание теплопотерь в сравнении с возрастанием
теплопоступлений при увеличении этажности в зданиях до 10 этажей. Значения Кт.п
для существующих и вновь проектируемых зданий в зависимости от числа этажей в
них при учете средних за период солнечного сияния в каждый месяц отопительного
периода теплопотерь и теплопоступлений приведены в табл. 37.

Рис. 40. Сравнение месячных сумм теплопоступлений и теплопотерь за
время солнечного сияния в теплозащищенных зданиях: а — 9-этажное квадратное
здание; б — 9-этажное вытянутое здание

Таблица 37

Значение
коэффициента Кт.п

Этаж

Здание с теплозащитой по старым нормам

Здание с теплозащитой по новым нормам

1-4

0,99

0,90

5-6

0,99

0,85

7-9

0,98

0,80

Несмотря на то что усреднение
теплопотерь и теплопоступлений за месяц не отражает условий регулирования
теплоотдачи отопительных приборов, даже при таком расчете просматривается
необходимость введения уменьшающих коэффициентов на сумму теплопоступлений при
определении сезонного теплопотребления.

Для уточнения было решено
проверить соотношение теплопотерь и теплопоступлений в какие-либо отдельные
солнечные сутки отопительного периода и решить вопрос о том, в какие месяцы
отопительного периода возможно превышение теплопоступлений над теплопотерями.
Для этой части работы были использованы данные о суточном ходе прямой и
рассеянной солнечной радиации в различные месяцы на географической широте
Москвы — 56° с.ш. [43].
Для расчета были приняты рядовые помещения жилого и офисного здания.
Теплотеряющими в помещениях являются только два ограждения: наружная стена и
окно. Площадь стены с окном — 9 м2. Окно принималось разных размеров,
так что доля остекления фасада возрастала от 0,18 до 0,6. Доля остекления
варьировалась, т.к., с одной стороны, увеличение площади окна способствует
прониканию солнечного тепла, а с другой — увеличивает теплопотери помещения.

В соответствии со СНиП 23-02-2003 [1] и МГСН
2.01-99*
[12] в офисном здании сопротивление теплопередаче
стены принималось равным 2,68 м2·°С/Вт, в жилом — 3,13 м2·°С/Вт.
Сопротивление теплопередаче окна считалось равным 0,56 м2·°С/Вт.
Температура внутреннего воздуха — 20 °С.

Расчет был выполнен для января,
февраля, марта, апреля. В теплопотерях жилой комнаты учитывался нагрев
вентиляционной нормы воздуха в размере 3 м3/ч на 1 м2
пола и бытовые теплопоступления 10 Вт/м2. Для офисного помещения
принималась инфильтрация в размере 10 % от трансмиссионных теплопотерь.

При этом учитывалось затенение
светового проема непрозрачными элементами двухкамерного стеклопакета в
пластиковых переплетах (
t = 0,8), относительное пропускание солнечной
радиации тройным остеклением (
k = 0,74), коэффициент снижения теплопоступлений за счет тепловой
инерции ограждающих конструкций (v = 0,8), коэффициент эффективности
автоматического регулирования подачи теплоты системой отопления (
x = 0,9).

Значения теплопотерь жилого и
офисного зданий в зависимости от температуры наружного воздуха при разной
степени остекления фасада показаны на рис. 41.

Значения теплопоступлений от
солнечной радиации в солнечный день января, февраля, марта и апреля при
остеклении фасада 60 % приведены на рис. 42, а на рис. 43 — при остеклении
фасада 18 %.

Рис. 41. Теплопотери жилых и офисных зданий при разной доле
остекления фасадов

Рис. 42. Теплопоступления от солнечной радиации Qc в солнечный день января (а),
февраля (б), марта (в) и апреля (г) при остеклении фасада 60 %

Рис. 43. Теплопоступления
от солнечной радиации Qc в солнечный день
января (а), февраля (б), марта (в) и апреля (г) при остеклении фасада 18 %

Результаты расчета показали, что
при солнечной погоде у жилых и офисных помещений южной, юго-восточной
(юго-западной), восточной (западной) ориентации даже в январе теплопоступления
при довольно низких температурах наружного воздуха большую часть дня могут быть
выше, чем теплопотери.

Из рисунков следует, что даже в
январе теплопотери могут быть ниже теплопоступлений, особенно если солнечный
день не самый морозный. При большей доле остекления фасада с большей
вероятностью теплопоступления могут оказаться выше, чем теплопотери.

Следовательно, при разработке
энергетических паспортов зданий по СНиП 23-02-2003 [1] и МГСН 2.01-99*
[12] в расчете расхода тепловой энергии на
отопление за отопительный период на величину теплопоступлений от солнечной
радиации следует вводить понижающий коэффициент не выше 0,75-0,90 (более низкие
значения для зданий с высокой долей остекления фасада). С помощью этого
коэффициента учитывается невозможность снижения теплоподачи от отопительного
прибора путем прикрытия терморегулирующего клапана для компенсации
теплопоступлений, доминирующих над теплопотерями. Более точные значения
коэффициента определяются только при серьезном статистическом анализе возможных
сочетаний температуры наружного воздуха, скорости ветра и интенсивности
солнечной радиации в течение отопительного периода.

10.3.6. Удельный расход тепловой энергии на
отопление здания

Расчетный удельный расход
тепловой энергии на отопление здания  с учетом нагрева
вентиляционной нормы воздуха за отопительный период по СНиП 23-02-2003 [1] для жилых зданий,
гостиниц и общежитий рассчитывается в кДж/(м2·°С·сут) по формуле
(10.16), а для общественных зданий — по формуле (10.17) в кДж/(м3·°С·сут):

                                                                                                         (10.16)

                                                                                                         (10.17)

где  измеряется в МДж;

Ah — площадь квартир или полезной
площади здания за исключением технических этажей и гаражей, м2.

Для Москвы по МГСН 2.01-99* [12] и [32]
расчетный удельный расход тепловой энергии на отопление любых зданий, кВт·ч/м2, с учетом нагрева вентиляционной нормы
воздуха за отопительный период определяется по формуле

                                                                                                                   (10.18)

где  измеряется в кВт·ч.

10.4. Пример расчета удельного расхода тепловой
энергии на отопление жилых и общественных зданий за отопительный период

10.4.1. Исходные данные

Рассмотрим проектируемое
19-этажное односекционное жилое здание (17 жилых этажей) с двухэтажной
стилобатной частью и подземной автостоянкой в Москве. Средняя температура
наружного воздуха за отопительный период для Москвы tht =
-3,1 °С, продолжительность отопительного периода
zht = 214 сут, принимаемые по СНиП 23-01-99* [3].

Двухэтажная
встроенно-пристроенная часть здания решается свободной планировкой для
размещения офисов, режим работы которых 8 ч в сутки с двумя выходными в неделю.
На первом этаже предусмотрена вестибюльная группа помещений жилой секции.

В подземной части и под
прилегающей дворовой территорией предусмотрена двухуровневая автостоянка на 116
автомобилей и технические помещения. Въезды на автостоянку находятся со стороны
двора и не имеют смежных ограждений с общественными помещениями.

Окна из двухкамерного
стеклопакета с межстекольным расстоянием 12 мм. Площадь окон квартир — 2610,1 м2,
офисов — 94 м2 (в сумме 2610,1 + 94 = 2704,1 м2).
Незадымляемая лестница имеет балконные двери переходов общей площадью 59,9 м2,
лифтовые холлы оборудованы балконными дверями с тамбурами общей площадью 59,9 м2.
Общая площадь остекления — 2823,9 м2. Окна квартир и офисов, выходящих
на разные стороны света, имеют площадь: на север — 338,8 м2, на
запад — 793,4 м2, на юг — 338,6 м2, на восток — 1233,4 м2.

Здание оснащено двухтрубными
системами отопления с термостатами на отопительных приборах и центральным
автоматическим регулированием на вводе. Предусмотрена механическая
приточно-вытяжная вентиляция в офисной части с выбросом удаляемого воздуха на
кровлю и вытяжная естественная вентиляция с «теплым» чердаком в жилой части.
Приток в жилые комнаты осуществляется через форточки в окнах.

Несмотря на то что здание
расположено в Москве, расчет выполняется не только по МГСН 2.01-99*
[12], но и по СНиП 23-02-2003 [1].

Основные данные по объему
здания, площадям и сопротивлениям теплопередаче наружных ограждений приведены в
табл. 38.

Таблица 38

Объемно-планировочные характеристики здания, площади наружных
ограждений и их сопротивления
теплопередаче

Параметры

Обозначение

Размерность

Величина

Строительный объем

V0

м3

11085,4

В том числе отапливаемой части

Vh

м3

111865,9

Расчетное количество людей исходя из расчетных
показателей общественного здания

т

чел

 086 + 143 (1
229)

Площадь квартир

Ah

м2

1696,3

Полезная площадь офисов

Ah

м2

 023,5

Площадь жилых помещений

A1

м2

11817,8

Расчетная площадь офисов

A1

м2

11817,8 + 2 116,5

Высота этажа от пола до пола

H

м

4,05 и 3,6

Высота этажа от пола до потолка

h

м

3,75 и 3,3

Общая площадь наружных ограждающих конструкций
отапливаемой части здания

м2

24883

наружных стен с 1-го по 5-й этажи

Aw1

м2

4488,5

наружных стен с 6-го по 19-й этажи

Aw2

м2

12717,4

стен между тамбурами переходов и жильем

Aw3

м2

167

стен между тамбурами
переходов и лестничной клеткой

Aw4

м2

232,1

стен между техническими
помещениями и гаражом

Aw5

м2

110

стен по грунту в
технических помещениях

Aw6

м2

23,6

чердачных перекрытий

Ac1

м2

1297,9

покрытий лестничных клеток

Ac2

м2

72,9

покрытий над офисами

Ac3

м2

735,4

пола над автостоянкой

Af1

м2

2031,9

пола технических помещений
над автостоянкой

Af2

м2

74,3

окон

AF

м2

2823,9

входных дверей

Aed

м2

58,1

Отношение площади наружных
ограждающих конструкций отапливаемой части здания к отапливаемой площади

К

1,093

Отношение площади окон к
площади стен, включая окна, А
Fw+F

P

<0,18

0,164

Компактность здания жилого
дома

ke

<0,25

0,222

Уровень
теплозащиты

Приведенное сопротивление
теплопередаче

наружных стен с 1-го по 5-й
этажи

м2·°C/Bт

3,30

наружных стен с 6-го по
19-й этажи

м2·°C/Bт

3,22

стен между тамбурами
переходов и жильем

м2·°C/Bт

6,68 (экв.)

стен между тамбурами
переходов и лестничной клеткой

м2·°C/Bт

5,95 (экв.)

стен между техническими
помещениями и гаражом

м2·°C/Bт

4,92 (экв.)

стен по грунту в
технических помещениях

м2·°C/Bт

2,77

чердачных перекрытий

м2·°C/Bт

7,538 (экв.)

покрытий лестничных клеток

м2·°C/Bт

3,34

покрытий над офисами,
выходящими за контур жилого здания

м2·°C/Bт

3,74

пола над автостоянкой

м2·°C/Bт

4,556 (экв.)

пола технических помещений
над автостоянкой

м2·°C/Bт

4,28 (экв.)

окон

м2·°C/Bт

0,54

входных дверей

м2·°C/Bт

0,83

Ниже приведен расчет
удельного теплопотребления зданием в соответствии с процедурой, описанной в пп.
10.2,
10.3.

10.4.2. Расчет теплотехнических показателей здания в
целом

Приведенный трансмиссионный
коэффициент теплопередачи совокупности наружных ограждений здания находится по
формуле (10.1):

Для расчета мощности системы
отопления
.

Приведенный инфильтрационный
(условный) коэффициент теплопередачи здания ниже рассчитан по воздухообмену,
принятому:

• для квартир в расчете
установленной мощности отопления с расходом вентиляционной нормы воздуха,
равной 3 м3/ч на 1 м2 жилой площади, т.е. 11817,8·3 =
35452,5 м3/ч, а при расчете энергопотребления 30 м3/ч на
одного человека — 1086·30 = 32580 м3/ч, с проверкой величины 0,35
Vкв = 0,35Ahh = 0,35·19696,3·3,3 = 22749,8 м3
< 32580 м3/ч;

• для лестнично-лифтового узла
по воздухопроницаемости входных дверей и дверей переходов за счет расчетной
разности давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждений под
действием теплового и ветрового напоров. На лестнице здания находятся балконные
двери переходов общей площадью 59,9 м2, лифтовые холлы оборудованы
балконными дверями с тамбурами общей площадью 59,9 м2; общая площадь
входных дверей в здание (в жилой и встроенной частях) — 58,1 м2;

• для встроенных помещений 1-го
и 2-го этажей за счет инфильтрации через окна общей площадью 94 м2.
Инфильтрация происходит постоянно, т.к. в помещениях не предусмотрен подпор
воздуха. Вентиляционный воздухообмен в офисных помещениях в течение 8 ч в сутки
с двумя выходными в неделю на расчетной площади А1 = 2116,5 м2
в среднесезонных условиях принимается по п. 10.2.2:
Lv = 4А1 = 2116,5·4 = 8466 м3/ч.

Расчетная разность давлений
воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждений под действием
теплового и ветрового напоров определяется также по п. 10.2.2:

1) в расчетных условиях для окон
первого этажа здания

2) в среднесезонных условиях:

• для окон лестнично-лифтового
узла жилого здания

• для входных дверей и окон
встроенных помещений

где Н — высота здания от
земли до верха вытяжной шахты, м; Н = 17·3,6 + 2·4,05 + 0,9 + 4,6 = 74,8
м, где 0,9 — высота пола первого этажа над землей, м; 4,6 — высота вытяжной
шахты над полом чердака;

gext — удельный вес наружного воздуха, Н/м3:

• в расчетных условиях ;

• в среднесезонных условиях;

gint — удельный вес
внутреннего воздуха, Н/м3:

• для окон при температуре
внутреннего воздуха 20 °С

• для входных дверей при
температуре вестибюля 16 °С

где vr
расчетная скорость ветра для холодного периода как максимальная из средних
скоростей по румбам за январь, м/с; v = 4,9 м/с по табл. 1 СНиП 23-01-99* [3];

vm — средняя скорость за период со среднесуточной температурой воздуха
-3,1 °С, м/с; v = 3,8 м/с по табл. 1 СНиП 23-01-99* [3].

Требуемое сопротивление
воздухопроницанию окон в пластиковых переплетах в жилом доме при разности
давлений
Dр0 = 10 Па определяется по формуле (6.9):

где Gн
нормируемая воздухопроницаемость окна в пластиковом переплете; Gн
= 5 кг/(м2·ч) по табл. 23.

Фактическое сопротивление
воздухопроницанию окон и витражей в соответствии с сертификатом соответствия
должно быть не менее

Сопротивление воздухопроницанию
входных дверей принимается

Rа,ed = 0,14 м2·ч/кг.

Сопротивление воздухопроницанию
балконных дверей переходов при
Dр = 10 Па не менее

Часовой расход инфильтрационного
воздуха в среднесезонных условиях для лестнично-лифтового узла и встроенных
помещений рассчитывается по формуле (10.2)
(при этом принимается требуемое значение воздухопроницаемости):

Средняя кратность воздухообмена
здания за отопительный период определяется по формуле (10.5):

где Lv.кв — вентиляционный воздухообмен в квартирах, действующий круглосуточно,
м3/ч;
Lv.кв = 32580 м3/ч;

 — вентиляционный воздухообмен офисов,
действующий по 8 ч 5 сут в неделю (
nv = 5·8); Lv = 8466 м3/ч;

 — средняя плотность инфильтрационного воздуха
в среднесезонных условиях, кг/м3; определяется по формуле (10.4):

где bv — коэффициент снижения объема воздуха в здании, учитывающий наличие
внутренних ограждающих конструкций;
bv = 0,85;

Vh — отапливаемый объем здания, м3; Vh =
111865,9 м3.

Приведенный инфильтрационный (условный) коэффициент
теплопередачи здания в среднесезонных условиях рассчитывается по формуле (10.6):

Общий коэффициент теплопередачи
здания находится по формуле (10.7):

10.4.3. Расчет теплоэнергетических параметров здания

Расчет выполнен в двух единицах
измерения количества теплоты: в кВт·ч, как этого требует Московская
государственная экспертиза, и в МДж, как этого требуют экспертизы других
населенных пунктов.

Общие теплопотери через оболочку
здания за отопительный период с учетом нагрева вентиляционного воздуха при
поддержании температуры в помещениях 20 °С определяются по формулам (10.8) и (10.9):

 

где D20 — число градусо-суток отопительного периода при внутренней температуре
tint = 20 °С; определяется по формуле (4.1):

D20
= (tint tht)zht
= [20 — (-3,1)]·214 = 4943 °С·сут.

Удельные тепловыделения в
соответствии с п. 10.3.2
составляют:

1) в жилой части 17 Вт/м2
жилой площади, т.к. заселенность составляет 19696,3/1086 = 18,1 м2
общей площади квартир на 1 человека;

2) в офисах:

• от людей, одновременно
находящихся на расчетной площади А1 = 2116,5 м2 (т
= 143 чел), в размере 90 Вт/чел при посещаемости 0,9 от
nр = 8·5 = 40 ч в неделю;

• от освещения в соответствии с
табл. 8.2 МГСН 2.01-99*
[12] qt = 25 Вт на 1 м2 расчетной площади
при использовании 0,5 рабочего времени на 0,5 части расчетной площади;

• от оргтехники и
технологического оборудования в размере 10 Вт/м2 на 0,5 расчетной
площади офисов при использовании каждого источника 0,5 рабочего времени.

Тогда удельные бытовые
теплопоступления в офисных помещениях по формуле (10.10) составят:

Общие бытовые теплопоступления за отопительный
период Qint
определяются по формулам (10.11)
и (10.12):

Qint = S0,0864qint Arzht
= 0,0864·17·11817,5·214 + 0,0864·3,38·2116,5·214 = 3714516 + 132271 =
3846787
МДж;

Qint = S0,024qint Arzht
= 0,024·17·11817,5·214 + 0,024·3,38·2116,5·214 = 1031810 + 36742 =
1068552
кВт·ч.

Теплопоступления в здание от
солнечной радиации Qs через окна квартир и офисов площадью
2704,1 м2 за отопительный период находятся по формуле (10.13):

Qs = tFkF(AF1Q1
+ AF2Q2 + AF3Q3
+ AF4Q4) =
= 0,8·0,74·(338,8·403+793,4·633 + 338,6·1075 + 1233,4·633) =
= 0,8·0,74·(136214 + 502222 + 363995 + 780742) = 1055638 МДж;

Qs = tFkF(AF1Q1
+ AF2Q2 + AF3Q3
+ AF4Q4) =
= 0,8·0,74·(338,8·112 + 793,4·176 + 338,6·299 + 1233,4·176) =
= 0,8·0,74·(37946 + 139638 + 101241 + 217078) = 293547 кВт·ч,

где tF — коэффициент затенения всех окон для окон
из двухкамерного стеклопакета в пластиковых переплетах; принимается равным
tF = 0,8 по табл. 21;

kF
коэффициент относительного проникания солнечной радиации через прозрачную часть
окна из двухкамерного стеклопакета; принимается равным
kF = 0,74 по табл. 21;

AF1 — площадь
окон квартир и офисов, выходящих на разные стороны света, м2.

Q — поток суммарной
солнечной радиации, приходящей за отопительный период при действительных
условиях облачности на вертикальную поверхность: северной ориентации
Q1 = 112 кВт·ч/м2, Q1 = 403 МДж/м2; западной ориентации
Q2 = 176
кВт·ч/м2,
Q2 = 633 МДж/м2; южной ориентации Q3 = 299 кВт·ч/м2, Q3 = 1075 МДж/м2; восточной
ориентации
Q4=
176 кВт·ч/м2,
Q4 = 633 МДж/м2; определяется для Москвы по прил. 2.

Потребность в тепловой энергии
на отопление за отопительный период с учетом нагрева вентиляционной нормы
воздуха определяется по формуле (10.14):

где v принимается равным v
= 0,8 в соответствии со СНиП
23-02-2003 [1];

z принимается
равным
z = 0,95 для двухтрубной системы отопления с
термостатами и с центральным автоматическим регулированием на вводе;

bh принимается равным bh = 1,07 для зданий с отапливаемым подвалом.

Расчетный удельный расход
тепловой энергии на отопление здания с учетом нагрева вентиляционной нормы
воздуха за отопительный период на 1 м2 площади квартир и полезной
площади офисов определяется по формулам (10.16) и (10.18):

(по табл. 33
для жилых зданий выше 12 этажей);

 (по табл. 35
для
жилых зданий выше 12
этажей).

Таким образом, полученное
значение потребления теплоты на отопление не превышает требуемых удельных
расходов тепловой энергии системой отопления для жилых зданий в 19 этажей.

Литература

1. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий /
Госстрой России. — М.: ФГУП ЦПП, 2004.

2. ГОСТ
30494-96. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях.
— М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 1999.

3. СНиП 23-01-99*. Строительная климатология
/ Госстрой России. — М.: ГУП ЦПП, 2003.

4. Фокин К.
Ф. Расчетные температуры наружного воздуха. — М.: Стандартгиз, 1946.

5.
Строительная климатология / НИИ строит, физики. — М.: Стройиздат, 1990. —
(Справочное пособие к СНиП).

6. Ильинский
В. М. Строительная теплофизика (ограждающие конструкции и микроклимат зданий):
учеб. пособие для инженерно-строительных вузов. — М.: Высшая школа, 1974.

7. СП 23-101-2004.
Проектирование тепловой защиты зданий / Госстрой России. — М.: ФГУП ЦПП, 2004.

8.
Научно-прикладной справочник по климату СССР. — Серия 3. Многолетние данные. —
Ч. 1-6. — СПб.: Гидрометеоиздат, 1989-1998. — Вып. 1-34.

9.
Богословский В.Н. Тепловой режим здания. — М.: Стройиздат, 1979.

10. СанПиН
2.2.4.548-96. Гигиенические требования к микроклимату производственных
помещений. Физические факторы производственной среды / Госкомсанэпиднадзор
России. — М., 1996.

11. СНиП 41-01-2003. Отопление,
вентиляция и кондиционирование / Госстрой России, 2004.

12. МГСН
2.01-99*. Энергосбережение
в зданиях. Нормативы по теплозащите и тепловодоэлектроснабжению. — М., 1999.

13. Фокин
К. Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий / Под ред. Ю.А.
Табунщикова, В.Г. Гагарина. — 5-е изд., пересмотр. — М.: АВОК-ПРЕСС, 2006.

14. Власов
О.Е. Основы строительной теплотехники. — М.: ВИА РККА, 1938.

15. Ананьев
А.И., Хоров О.А., Евсеев Л.Д., Ухова Т.А., Ярмаковский В.Н. Теплотехнические
показатели строительных материалов и конструкций // Строительный эксперт. —
2005. — №16(203). — С. 17-23.

16. СТО
17532043-001-2005 РНТО строителей. Нормы теплотехнического проектирования
ограждающих конструкций и оценки эффективности зданий. — М.: РНТО строителей,
2006.

17. СНиП II-3-79*. Строительная теплотехника / Госстрой России. — М.:
ГУП ЦПП, 1998.

18. ГОСТ
26254-84. Здания и сооружения. Методы определения сопротивления
теплопередаче ограждающих конструкций / Госстрой СССР. — М., 1985.

19. ГОСТ 530-95.
Кирпич и камни керамические. Технические условия. — М.: МНТКС, 1996.

20. ГОСТ
7076-99. Материалы и изделия строительные. Метод определения
теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме.
— М.: Изд-во стандартов, 2000.

21.
Богословский В.Н. Строительная теплофизика (теплофизические основы отопления,
вентиляции и кондиционирования воздуха): учеб. для вузов. — 2-е изд., перераб.
и доп. — М.: Высшая школа, 1982.

22. Эккерт
Э.Р., Дрейк Р. М. Теория тепло- и массообмена. — М.: Энергоиздат, 1961.

23. Шкловер
А.М., Васильев Б.Ф., Ушков Ф.В. Основы строительной теплотехники жилых и
общественных зданий. — М.: Госстройиздат, 1956.

24. Михеев
М.А. Основы теплопередачи. — М.: Госэнергоиздат, 1956.

25. Ананьев
А.И., Иванов Л.В., Комов В.М. Исследование наружных кирпичных стен жилых зданий
и нормирование теплозащитных качеств. Сб. докладов пятой научно-практической
конференции 26-28 апреля 2000 г. (Академические чтения) / Под ред. В.Г.
Гагарина и И.В. Бессонова «Проблемы строительной теплофизики, систем
обеспечения микроклимата и энергосбережения в зданиях». — М: НИИСФ, 2000.

26. Лыков
А.В. Теоретические основы строительной теплофизики. — Минск: АН БССР, 1961.

27.
Богословский В.Н., Самарин О.Д. Исследование и моделирование естественного
теплового режима здания в период ввода в эксплуатацию // Монтажные и
специальные работы в строительстве. — 2001. — № 6. — С. 19-22.

28. ASHRAE Fundamentals (ASHRAE 1985 b).

29. Поляк
Г.Л. Алгебра однородных потоков // Известия Энергетического института Академии
наук СССР. — 1935. — Вып. 3.

30.
Табунщиков Ю.А., Бродач М.М. Математическое моделирование и оптимизация
тепловой эффективности зданий. — М.: АВОК-ПРЕСС, 2002.

31.
Малявина Е.Е Расчетная оценка внутренних тепловых условий в помещении. Сб.
докладов научно-практической конференции 22-24 мая 1997 г. / Под ред. В.Г.
Гагарина «Проблемы строительной теплофизики и энергосбережения в зданиях». — Т.
1. — М: НИИСФ, 1997.

32. Ливчак
В.И. Положения по изменению в расчете Энергетического паспорта жилых и общественных
зданий в связи с выходом СНиП
23-02-2003 «Тепловая защита зданий». Информационный бюллетень
Мосгосэкспертизы. — 2004. — №1(8).

33. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и
воздействия / Госстрой РФ. — М.: ГУЛ ЦПП, 1993.

34. СНиП
2.04.05-91*. Отопление, вентиляция, кондиционирование. — М.: Стройиздат,
2000.

35. Титов
В.П., Рымаров А.Г., Самарин О.Д. Расчет мощности системы отопления и
воздухообмена в помещениях здания: методические указания по курсовой работе
(курс «основы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха»);
специальность «теплогазоснабжение и вентиляция». — М.: МГСУ, 1999.

36. ГОСТ 23166-99.
Межгосударственный стандарт. Блоки оконные. Общие технические условия. — М.:
ГУП ЦПП, 2000.

37. Сканави
А.Н., Махов Л.М. Отопление: учеб. для вузов. — М.: Изд-во АСВ, 2002.

38.
Внутренние санитарно-технические устройства. В 3 ч. Ч. 1. Отопление / В.Н.
Богословский, Б.А Крупнов, А.Н. Сканави и др.; Под ред. И.Г. Староверова, Ю.И.
Шиллера. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Стройиздат, 1990. — (Справочник
проектировщика).

39. Рысин
С.А. Вентиляционные установки машиностроительных заводов: справочник. — 2-е
изд., перераб. и доп. — М.: Машгиз, 1961.

40. АВОК Стандарт-1-2004.
Здания жилые и общественные. Нормы воздухообмена. — М.: АВОК-ПРЕСС, 2004.

41. Титов В.П., Сазонов Э.В.,
Краснов Ю.С, Новожилов В.И. Курсовое и дипломное проектирование по вентиляции
гражданских и промышленных зданий: учеб. пособие для вузов. — М.: Стройиздат,
1985.

42. Малявина
Е.Г., Бирюков С.В. Учет теплопоступлений в помещения при расчете годового
энергопотребления здания // Стройпрофиль. — 2005. — №2/1. — С. 38-40.

43.
Круглова А.И. Климат и ограждающие конструкции. — М.: Стройиздат, 1970.

Приложение 1

Зоны влажности территории Российской Федерации

Приложение 2

Поток суммарной солнечной радиации, приходящей за
отопительный период на горизонтальную и вертикальные поверхности при
действительных условиях облачности Q,
кВт·ч/м2 (МДж/м2)

Месяц

Горизонтальная поверхность

Ориентация вертикальной поверхности на

север

северо-восток/северо-запад

восток/ запад

юго-восток/юго-запад

юг

Александровское (Томская обл.)

IX (15 дней)

35 (126)

10 (36)

13 (46)

19 (71)

28 (101)

31 (112)

X

35 (126)

12 (45)

13 (48)

20 (71)

33 (118)

38 (139)

XI

15 (53)

5 (19)

5 (19)

9 (32)

21 (77)

28 (102)

XII

7 (25)

3 (10)

3 (10)

3 (10)

3 (10)

3 (10)

I

12 (43)

4 (15)

4 (15)

8 (28)

24 (86)

32 (115)

II

35 (127)

12 (42)

11 (39)

25 (91)

49 (176)

62 (222)

III

87 (312)

30 (107)

30 (109)

49 (178)

80 (289)

94 (340)

IV

132 (477)

42 (150)

49 (176)

73 (262)

95 (340)

101 (362)

V (25
дней)

128 (460)

36 (130)

51 (183)

67 (240)

74 (267)

73 (262)

За отопительный период

486 (1749)

154 (554)

179 (645)

273 (983)

407 (1464)

462 (1664)

Архангельск

IX (13 дней)

22(81)

7 (25)

8 (30)

13 (47)

19 (69)

21 (77)

X

21 (74)

7 (26)

8 (28)

13 (45)

23 (82)

28 (101)

XI

5 (19)

2 (8)

2 (8)

2 (8)

2 (8)

2 (8)

XII

1 (5)

1 (3)

1 (3)

1 (3)

1 (3)

1 (3)

I

4 (16)

2 (7)

2 (7)

2 (7)

2 (7)

2 (7)

II

18 (64)

7 (25)

7 (24)

12 (43)

24 (88)

31 (111)

III

56 (202)

22 (81)

21 (76)

34 (126)

54 (198)

66 (236)

IV

105 (377)

37 (131)

40 (145)

61 (218)

80 (286)

87 (311)

V (28
дней)

135 (484)

37 (135)

56 (200)

71 (255)

83 (297)

82 (296)

За отопительный период

367 (1322)

122 (441)

145 (521)

209 (752)

288 (1038)

320 (1150)

Астрахань

X (9
дней)

24 (87)

5 (17)

6 (22)

13 (47)

23 (83)

28 (101)

XI

40 (144)

11 (38)

11 (40)

22 (79)

45 (162)

59 (213)

XII

27 (95)

8 (30)

8 (30)

15 (54)

33 (119)

43 (156)

I

38 (137)

12 (42)

12 (42)

22 (79)

46 (165)

61 (220)

II

56 (202)

16 (56)

16 (57)

30 (108)

56 (201)

70 (251)

III

103 (372)

30 (110)

33 (118)

53 (191)

77 (277)

88 (316)

IV (7 дней)

34 (123)

9 (32)

11 (40)

17 (61)

20 (72)

21 (74)

За отопительный период

322 (1160)

91 (325)

97 (349)

172 (619)

300 (1079)

370 (1331)

Волгоград

X (17
дней)

39 (140)

10 (35)

11 (40)

21 (76)

34 (122)

41 (149)

XI

30 (108)

9 (30)

9 (32)

16 (58)

33 (119)

42 (153)

XII

20 (72)

7 (26)

7 (27)

11 (40)

21 (76)

26 (95)

I

31 (110)

10 (37)

10 (37)

17 (61)

33 (119)

44 (157)

II

54 (193)

17 (62)

18 (63)

29 (104)

48 (173)

59 (212)

III

94 (337)

29 (104)

31 (110)

48 (173)

68 (245)

78 (279)

IV (9 дней)

40 (144)

12 (42)

14 (50)

20 (72)

24 (86)

24 (85)

За отопительный период

307 (1105)

94 (336)

100 (359)

162 (583)

261 (940)

314 (1130)

Ершов (Саратовская обл.)

X (26
дней)

50 (180)

13 (45)

15 (52)

28(101)

48 (173)

59 (212)

XI

28 (100)

8 (30)

9 (31)

16 (58)

33 (121)

44 (158)

XII

21 (76)

8 (28)

8 (28)

12 (45)

26 (95)

34 (122)

I

31 (112)

11 (38)

11 (38)

19 (68)

39 (139)

52 (186)

II

57 (206)

18 (66)

18 (66)

32 (115)

59 (211)

72 (260)

III

103 (371)

35 (126)

36 (131)

56 (202)

79 (284)

89 (322)

IV (21
день)

96 (347)

26 (95)

32 (116)

49 (176)

62 (222)

63 (227)

За отопительный период

386 (1392)

119 (428)

129 (462)

212 (765)

346 (1246)

413 (1487)

Иркутск

IX (15
дней)

51 (183)

10 (36)

15 (54)

27 (99)

39 (140)

43(156)

X

66 (238)

15 (54)

18 (65)

37 (135)

66 (238)

82 (294)

XI

33 (120)

10 (36)

10 (37)

19 (69)

40 (145)

53 (190)

XII

21 (75)

7 (27)

8 (27)

13 (46)

28 (100)

36 (130)

I

29 (103)

9 (32)

9 (31)

18 (64)

40 (144)

54 (195)

II

54 (195)

15 (54)

15 (54)

31 (111)

62 (224)

78 (281)

III

108 (389)

30 (107)

31 (114)

61 (219)

95 (340)

110 (396)

IV

138 (498)

37 (133)

46 (164)

70 (253)

89 (321)

91 (328)

V (13
дней)

71 (254)

16 (58)

25 (91)

34 (122)

36 (131)

34 (124)

За отопительный период

571 (2055)

149 (537)

177 (637)

310 (1118)

495 (1783)

581 (2094)

Краснодар

XI (27 дней)

34 (121)

10 (34)

10 (36)

17 (62)

32(117)

42 (149)

XII

24 (87)

9 (32)

9 (32)

13 (44)

22 (77)

27 (99)

I

36 (130)

11 (41)

11 (41)

19 (69)

35 (128)

46 (165)

II

52 (188)

17 (62)

17 (63)

26 (94)

41 (147)

50 (179)

III

91 (328)

28 (100)

30 (106)

44 (159)

62 (221)

68 (245)

IV (1 день)

4 (14)

1 (4)

1 (5)

2 (7)

2 (8)

2 (8)

За отопительный период

241 (868)

76 (273)

78 (283)

121 (435)

194 (698)

235 (845)

Курск

X (27 дней)

47 (168)

13 (47)

15 (53)

26 (93)

42 (151)

47 (184)

XI

21 (76)

7 (25)

7 (26)

12 (43)

23 (84)

21 (108)

XII

15 (54)

6 (21)

6 (21)

9 (32)

18 (64)

15 (82)

I

27 (98)

10 (38)

10 (37)

16 (56)

29 (102)

27 (133)

II

45 (162)

16 (56)

16 (56)

25 (89)

42 (152)

45 (185)

III

82 (295)

29 (103)

30 (107)

44 (160)

61 (221)

82 (249)

IV (20 дней)

72 (259)

23 (84)

26 (96)

36 (131)

44 (160)

72 (160)

За отопительный период

309 (1112)

104 (374)

110 (396)

168 (604)

259 (934)

309 (1101)

Махачкала (Дагестан)

XI (19
дней)

29 (103)

8 (30)

9 (32)

15 (53)

27 (98)

49

XII

34 (124)

11 (41)

11 (41)

18 (63)

34 (121)

44

I

40 (144)

14 (49)

14 (49)

21 (75)

36 (131)

46

II

52 (187)

18 (63)

18 (64)

26 (94)

40 (144)

49

III

89 (322)

30 (109)

32 (114)

43 (157)

57 (208)

IV (8 дней)

36 (131)

11 (38)

13 (46)

17 (61)

20 (72)

63

За отопительный период

256 (1011)

92 (330)

96 (346)

140 (503)

215 (774)

251

Москва

IX (6
дней)

16 (57)

5 (18)

6 (22)

9 (32)

12 (43)

13 (47)

X

40 (145)

14 (50)

15 (54)

22 (79)

35 (126)

41 (147)

XI

17 (63)

7 (25)

7 (25)

10 (36)

18 (65)

23 (83)

XII

11 (40)

5 (18)

5 (18)

6 (22)

11 (40)

13 (47)

I

19 (67)

8 (29)

8 (29)

11 (40)

20 (72)

25 (90)

II

38 (137)

14 (50)

14 (50)

22 (79)

38 (137)

47 (169)

III

78 (282)

28 (101)

28 (101)

45 (162)

63 (267)

71 (255)

IV (26 дней)

103 (371)

32 (115)

36 (129)

51 (183)

63 (267)

66 (237)

За отопительный период

322 (1158)

112 (403)

119 (428)

176 (633)

260 (935)

299 (1075)

Нижний Новгород

IX (4 дня)

11 (40)

3 (11)

4 (14)

6 (22)

8 (29)

9 (32)

X

37 (133)

12 (43)

13 (47)

21 (76)

33 (119)

40 (144)

XI

15 (54)

6 (22)

6 (22)

8 (29)

15 (54)

19 (68)

XII

9 (32)

4 (14)

4 (14)

5 (18)

9 (32)

11 (40)

I

16 (58)

6 (22)

6 (22)

9 (32)

17 (61)

22 (79)

II

36 (129)

13 (47)

13 (47)

21 (76)

36 (129)

44 (158)

III

78 (281)

27 (97)

28 (101)

45 (162)

64 (230)

73 (263)

IV (29 дней)

110 (396)

35 (126)

40 (144)

57 (205)

73 (263)

76 (273)

За отопительный период

312 (1122)

106 (381)

114 (410)

172 (619)

255 (917)

294 (1058)

Охотск (Хабаровский край)

IX (13
дней)

37 (132)

8 (31)

12 (43)

21 (78)

33 (118)

37 (133)

X

55 (198)

11 (40)

14 (49)

38 (137)

77 (278)

96 (347)

XI

24 (86)

6 (21)

6 (21)

6 (21)

54 (195)

74 (268)

XII

12 (42)

4 (13)

4 (13)

4 (13)

4 (13)

4 (13)

I

17 (62)

5 (19)

5 (18)

12 (44)

42 (152)

57 (205)

II

43 (154)

12 (44)

11 (41)

31 (111)

68 (246)

88 (317)

III

101 (364)

30 (107)

30 (110)

72 (259)

107 (384)

128 (461)

IV

143 (515)

44 (158)

52 (187)

81 (291)

103 (371)

110 (396)

V

161 (580)

48 (173)

65 (235)

84 (303)

92 (333)

91 (327)

VI (24 дня)

123 (444)

32 (116)

51 (184)

60 (215)

66 (237)

62 (222)

За отопительный период

716 (2577)

200 (722)

250 (901)

415 (1472)

646 (2327)

747 (2689)

Пятигорск (Ставропольский край)

X (8 дней)

21 (77)

5 (17)

6 (21)

11 (39)

18 (65)

22 (79)

XI

45 (161)

13 (46)

13 (48)

23 (83)

43 (156)

55 (199)

XII

37 (135)

12 (42)

12 (43)

19 (68)

39 (139)

51 (185)

I

50 (179)

15 (56)

15 (56)

26 (94)

48 (176)

64 (230)

II

63 (227)

21 (74)

21 (75)

32 (113)

50 (179)

61 (218)

III

93 (334)

31(112)

33 (118)

45 (164)

60 (215)

66 (236)

IV (16 дней)

66 (236)

19 (70)

23 (83)

31 (113)

36 (130)

36 (129)

За отопительный период

375 (1350)

116(417)

123 (444)

187 (674)

294 (1060)

355 (1276)

Самара

X (31 день)

49 (177)

13 (49)

15 (55)

27 (98)

45 (161)

54 (195)

XI

23 (83)

7 (27)

8 (28)

13 (47)

26 (93)

33 (120)

XII

17 (61)

6 (21)

6 (21)

11 (38)

24 (88)

32 (115)

I

24 (88)

9 (32)

9 (32)

14 (52)

28 (100)

37 (131)

II

47 (169)

15 (53)

15 (53)

26 (94)

49 (176)

61 (218)

III

88 (317)

29 (103)

30 (107)

48 (174)

69 (250)

79 (285)

IV (21 день)

90 (325)

25 (89)

30 (109)

46 (165)

57 (208)

59 (212)

За отопительный период

338 (1220)

104 (374)

113 (405)

185 (668)

298 (1076)

355 (1276)

Сковородино (Амурская обл.)

IX (16
дней)

56 (201)

12 (43)

18 (65)

30 (108)

41 (147)

46 (165)

X

73 (263)

16 (58)

19 (68)

42 (151)

74 (266)

93 (335)

XI

40 (144)

10 (36)

10 (36)

25 (90)

57 (205)

75 (277)

XII

25 (90)

7 (25)

7 (25)

17 (61)

45 (162)

60 (216)

I

35 (126)

9 (32)

9 (32)

22 (79)

57 (205)

79 (284)

II

63 (227)

15 (54)

16 (58)

40 (144)

77 (277)

98 (353)

III

120 (432)

33 (119)

35 (126)

72 (259)

106 (381)

123 (442)

IV

147 (528)

41 (147)

49 (176)

77 (277)

94 (338)

96 (345)

V (19
дней)

104 (374)

27 (97)

39 (148)

52 (187)

53 (191)

51 (183)

За отопительный период

663 (2385)

170 (611)

202 (727)

377 (1536)

604 (2173)

721 (2593)

Сочи (Краснодарский край)

XII (22
дня)

27 (96)

7 (27)

7 (27)

13 (49)

30 (108)

40 (146)

I

42 (152)

12 (43)

12 (42)

22 (80)

45 (163)

60 (216)

II

59 (211)

17 (61)

18 (63)

30 (106)

49 (176)

61 (220)

III (11
дней)

34 (123)

10 (36)

11 (39)

17 (60)

24 (86)

26 (94)

За отопительный период

162 (582)

46 (167)

48 (171)

82 (295)

148 (533)

187 (676)

Хабаровск

X (27 дней)

70 (253)

14 (51)

18 (64)

38 (138)

66 (238)

81 (292)

XI

52 (188)

11 (40)

12 (44)

30 (110)

67 (238)

88 (318)

XII

40 (145)

10 (36)

10 (36)

24 (89)

62 (222)

84 (302)

I

51 (183)

12 (44)

12 (44)

30 (108)

72 (260)

100 (359)

II

77 (277)

19 (67)

19 (69)

45 (161)

83 (299)

105 (377)

III

129 (464)

34 (124)

38 (135)

69 (247)

100 (360)

116 (417)

IV

141 (506)

39 (139)

47 (170)

70 (250)

83 (300)

84 (302)

V (3
дня)

16 (58)

4 (14)

6 (20)

8 (27)

8 (29)

7 (26)

За отопительный период

576 (2 074)

143 (515)

162 (582)

314 (1130)

541 (1946)

665 (2393)

Чита

IX (15 дней)

53 (191)

10 (36)

16 (58)

29 (104)

41 (147)

45 (162)

X

74 (266)

15 (54)

19 (68)

42 (151)

76 (273)

95 (342)

XI

40 (144)

10 (36)

10 (36)

24 (86)

57 (205)

76 (273)

XII

26 (94)

7 (25)

7 (25)

17 (25)

45 (162)

61 (219)

I

33 (119)

9 (32)

9 (32)

22 (79)

53 (191)

73 (263)

II

61 (219)

15 (54)

15 (54)

35 (126)

75 (277)

95 (342)

III

114 (410)

31 (112)

32 (115)

64 (230)

101 (363)

118 (424)

IV

146 (525)

40 (144)

49 (176)

74 (266)

94 (338)

96 (345)

V (15
дней)

86 (309)

20 (72)

31 (112)

42 (151)

44 (158)

42 (151)

За отопительный период

634 (2281)

157 (565)

188 (676)

349 (1255)

586 (2108)

701 (2522)




Простой расчет теплопотерь зданий.

Ниже приведен довольно простой расчет теплопотерь зданий, который, тем не менее, поможет достаточно точно определить мощность, требуемую для отопления Вашего склада, торгового центра или другого аналогичного здания.  Это даст возможность еще на стадии проектирования предварительно оценить стоимость отопительного оборудования и последующие затраты на отопление, и при необходимости скорректировать проект.

Куда уходит тепло? Тепло уходит через стены, пол, кровлю и окна. Кроме того тепло теряется при вентиляции помещений. Для вычисление теплопотерь через ограждающие конструкции используют формулу:

Q = S * T / R,

где

Q — теплопотери, Вт

S — площадь конструкции, м2

T — разница температур между внутренним и наружным воздухом, °C

R — значение теплового сопротивления конструкции, м2•°C/Вт

Схема расчета такая — рассчитываем теплопотери отдельных элементов, суммируем и добавляем потери тепла при вентиляции.  Все.

Предположим мы хотим рассчитать потери тепла для объекта, изображенного на рисунке. Высота здания 5…6 м, ширина – 20 м, длинна – 40м, и тридцать окон размеров 1,5 х 1,4 метра. Температура в помещении 20 °С, внешняя температура -20 °С.

Расчет теплопотерь зданий.

Считаем площади ограждающих конструкций:

пол: 20 м * 40 м = 800 м2

кровля: 20,2 м * 40 м = 808 м2

окна: 1,5 м * 1,4 м * 30 шт = 63 м2

стены: (20 м + 40 м + 20 м + 40м) * 5 м = 600 м2 + 20 м2 (учет скатной кровли) = 620 м2 – 63 м2 (окна) = 557 м2

Теперь посмотрим тепловое сопротивление используемых материалов.

Значение теплового сопротивления можно взять из таблицы тепловых сопротивлений или  вычислить исходя из значения коэффициента теплопроводности по формуле:

R = d / ?

где

R – тепловое сопротивление, (м2*К)/Вт

? – коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м2*К)

d – толщина материала, м

Значение коэффициентов теплопроводности для разных материалов можно посмотреть здесь.

пол: бетонная стяжка 10 см и минеральная вата плотностью 150 кг/м3. толщиной 10 см.

R (бетон) = 0.1 / 1,75  = 0,057 (м2*К)/Вт

R (минвата) = 0.1 / 0,037  = 2,7 (м2*К)/Вт

R (пола) = R (бетон) + R (минвата) = 0,057 + 2,7 = 2,76 (м2*К)/Вт

кровля: кровельные сэндвич панели из минеральной ваты толщиной 15 см

R (кровля) = 0.15 / 0,037  = 4,05 (м2*К)/Вт

окна:  значение теплового сопротивления окон зависит от вида используемого стеклопакета
R (окна) = 0,40 (м2*К)/Вт для однокамерного стекловакета 4–16–4  при ?T = 40 °С

стены: стеновые сэндвич панели из минеральной ваты толщиной 15 см
R (стены) = 0.15 / 0,037  = 4,05 (м2*К)/Вт

Посчитаем тепловые потери:

Q (пол) = 800 м2 * 20 °С / 2,76 (м2*К)/Вт = 5797 Вт = 5,8 кВт

Q (кровля) = 808 м2 * 40 °С / 4,05 (м2*К)/Вт = 7980 Вт = 8,0 кВт

Q (окна) = 63 м2 * 40 °С / 0,40 (м2*К)/Вт = 6300 Вт = 6,3 кВт

Q (стены) = 557 м2 * 40 °С / 4,05 (м2*К)/Вт = 5500 Вт = 5,5 кВт

Получаем, что суммарные теплопотери через ограждающие конструкции составят:

Q (общая) = 5,8 + 8,0 + 6,3 + 5,5 = 25,6 кВт / ч

Теперь о потерях на вентиляцию.

Для нагрева 1 м3 воздуха с температуры — 20 °С до + 20 °С потребуется 15,5 Вт.

Q(1 м3 воздуха) = 1,4 * 1,0 * 40 / 3,6 = 15,5 Вт,   здесь 1,4 – плотность воздуха (кг/м3), 1,0 – удельная теплоёмкость воздуха (кДж/(кг К)), 3,6 – коэффициент перевода в ватты.

Осталось определиться с количеством необходимого воздуха. Считается, что при  нормальном дыхании человеку нужно 7 м3 воздуха в час. Если Вы используете здание как склад и на нем работают 40 человек, то вам нужно нагревать 7 м3 * 40 чел = 280 м3 воздуха в час, на это потребуется 280 м3 * 15,5 Вт = 4340 Вт = 4,3 кВт. А если у Вас будет супермаркет и в среднем на территории находится 400 человек, то нагрев воздуха потребует 43 кВт.

Итоговый результат:

Для отопления предложенного здания необходима система отопления порядка 30 кВт/ч,  и система вентиляции производительностью 3000 м3 /ч с нагревателем мощность 45 кВт/ч.

Расчет теплопотерь: методики, формулы, пример

Первый шаг в организации отопления частного дома — расчет теплопотерь.

Цель этого расчета — выяснить, сколько тепла уходит наружу сквозь стены, полы, кровлю и окна (общее название — ограждающие конструкции) при самых суровых морозах в данной местности.

Зная, как рассчитать теплопотери по правилам, можно получить довольно точный результат и приступить к подбору источника тепла по мощности.

Базовые формулы

Чтобы получить более-менее точный результат, необходимо выполнять вычисления по всем правилам, упрощенная методика (100 Вт теплоты на 1 м² площади) здесь не подойдет. Общие потери теплоты зданием в холодное время года складываются из 2 частей:

  • теплопотерь через ограждающие конструкции;
  • потерь энергии, идущей на нагрев вентиляционного воздуха.

Базовая формула для подсчета расхода тепловой энергии через наружные ограждения выглядит следующим образом:

Q = 1/R х (tв — tн) х S х (1+ ∑β). Здесь:

  • Q — количество тепла, теряемого конструкцией одного типа, Вт;
  • R — термическое сопротивление материала конструкции, м²°С / Вт;
  • S — площадь наружного ограждения, м²;
  • tв — температура внутреннего воздуха, °С;
  • tн — наиболее низкая температура окружающей среды, °С;
  • β — добавочные теплопотери, зависящие от ориентации здания.

Термическое сопротивление стен либо кровли здания определяется исходя из свойств материала, из которого они сделаны, и толщины конструкции. Для этого используется формула R = δ / λ, где:

  • λ — справочное значение теплопроводности материала стены, Вт/(м°С);
  • δ — толщина слоя из этого материала, м.

Если стена возведена из 2 материалов (например, кирпич с утеплителем из минваты), то термическое сопротивление рассчитывается для каждого из них, а результаты суммируются. Уличная температура выбирается как по нормативным документам, так и по личным наблюдениям, внутренняя — по необходимости. Добавочные теплопотери — это коэффициенты, определенные нормами:

  1. Когда стена либо часть кровли повернута на север, северо-восток или северо-запад, то β = 0,1.
  2. Если конструкция обращена на юго-восток или запад, β = 0,05.
  3. β = 0, когда наружное ограждение выходит на южную или юго-западную сторону.

Порядок выполнения вычислений

Чтобы учесть все тепло, уходящее из дома, необходимо сделать расчет теплопотерь помещения, причем каждого по отдельности. Для этого производятся замеры всех ограждений, соседствующих с окружающей средой: стен, окон, крыши, пола и дверей.

Окна и двери измеряются по проему, который они заполняют.

По результатам замеров рассчитывается площадь каждой конструкции и подставляется в первую формулу (S, м²). Туда же вставляется значение R, полученное делением толщины ограждения на коэффициент теплопроводности строительного материала. В случае с новыми окнами из металлопластика величину R вам подскажет представитель фирмы-установщика.

В качестве примера стоит провести расчет теплопотерь через ограждающие стены из кирпича толщиной 25 см, площадью 5 м² при температуре окружающей среды -25°С.

Обратите внимание

Предполагается, что внутри температура составит +20°С, а плоскость конструкции обращена к северу (β = 0,1). Сначала нужно взять из справочной литературы коэффициент теплопроводности кирпича (λ), он равен 0,44 Вт/(м°С).

Затем по второй формуле вычисляется сопротивление передаче тепла кирпичной стены 0,25 м:

R = 0,25 / 0.44 = 0,57 м²°С / Вт

Чтобы определить теплопотери помещения с этой стенкой, все исходные данные надо подставить в первую формулу:

Q = 1 / 0,57 х (20 — (-25)) х 5 х (1 + 0,1) = 434 Вт = 4.3 кВт

Если в комнате имеется окно, то после вычисления его площади следует таким же образом определить теплопотери сквозь светопрозрачный проем. Такие же действия повторяются относительно полов, кровли и входной двери. В конце все результаты суммируются, после чего можно переходить к следующему помещению.

Учет тепла на подогрев воздуха

Выполняя расчет теплопотерь здания, важно учесть количество тепловой энергии, расходуемой системой отопления на подогрев вентиляционного воздуха. Доля этой энергии достигает 30% от общих потерь, поэтому игнорировать ее недопустимо. Рассчитать вентиляционные теплопотери дома можно через теплоемкость воздуха с помощью популярной формулы из курса физики:

Qвозд = cm (tв — tн). В ней:

  • Qвозд — тепло, расходуемое системой отопления на прогрев приточного воздуха, Вт;
  • tв и tн — то же, что в первой формуле, °С;
  • m — массовый расход воздуха, попадающего в дом снаружи, кг;
  • с — теплоемкость воздушной смеси, равна 0.28 Вт / (кг °С).

Здесь все величины известны, кроме массового расхода воздуха при вентиляции помещений. Чтобы не усложнять себе задачу, стоит согласиться с условием, что воздушная среда обновляется во всем доме 1 раз в час.

Тогда объемный расход воздуха нетрудно посчитать путем сложения объемов всех помещений, а затем нужно перевести его в массовый через плотность.

Поскольку плотность воздушной смеси меняется в зависимости от его температуры, нужно взять подходящее значение из таблицы:

Температура воздушной смеси, ºС — 25 — 20 — 15 — 10 — 5 + 5 + 10
Плотность, кг/м3 1,422 1,394 1,367 1,341 1,316 1,290 1,269 1,247

Пример. Необходимо просчитать вентиляционные теплопотери здания, куда поступает 500 м³ в час с температурой -25°С, внутри поддерживается +20°С. Сначала определяется массовый расход:

m = 500 х 1,422 = 711 кг/ч

Подогрев такой массы воздуха на 45°С потребует такого количества теплоты:

Qвозд = 0.28 х 711 х 45 = 8957 Вт, что примерно равно 9 кВт.

По окончании расчетов результаты тепловых потерь сквозь наружные ограждения суммируются с вентиляционными теплопотерями, что дает общую тепловую нагрузку на систему отопления здания.

Представленные методики вычислений можно упростить, если формулы ввести в программу Excel в виде таблиц с данными, это существенно ускорит проведение расчета.

Источник: http://pikucha.ru/otoplenie/proektirovanie/raschet-teplopoter.html

Расчет теплопотерь — Лучшее отопление

Выберите город tнар = — o C

Введите температуру воздуха в помещении; tвн = + o C

Теплопотери через стены развернуть свернуть

Вид фасада &#945 =

Площадь наружных стен, кв.м.

Материал первого слоя &#955 =

Толщина первого слоя, м.

Материал второго слоя &#955 =

Толщина второго слоя, м.

Материал третьего слоя &#955 =

Толщина третьего слоя, м.

Теплопотери через стены, Вт

Теплопотери через окна развернуть свернуть

Введите площадь окон, кв.м.

Теплопотери через окна

Теплопотери через потолки развернуть свернуть

Выберите вид потолка

Введите площадь потолка, кв.м.

Материал первого слоя &#955 =

Толщина первого слоя, м.

Материал второго слоя &#955 =

Толщина второго слоя, м.

Материал третьего слоя &#955 =

Толщина третьего слоя, м.

Теплопотери через потолок

Теплопотери через пол развернуть свернуть

Выберите вид пола

Введите площадь пола, кв.м.

Материал первого слоя &#955 =

Толщина первого слоя, м.

Материал второго слоя &#955 =

Толщина второго слоя, м.

Материал третьего слоя &#955 =

Толщина третьего слоя, м.

Теплопотери через пол

Материал первого слоя &#955 =

Толщина первого слоя, м.

Материал второго слоя &#955 =

Толщина второго слоя, м.

Материал третьего слоя &#955 =

Толщина третьего слоя, м.

Площадь зоны 1, кв.м. что такое зоны?

Площадь зоны 2, кв.м.

Площадь зоны 3, кв.м.

Площадь зоны 4, кв.м.

Теплопотери через пол

Теплопотери на инфильтрацию развернуть свернуть

Введите Жилую площадь, м.

Теплопотери на инфильтрацию

О программе развернуть свернуть

Очень часто на практике принимают теплопотери дома из расчета средних около 100 Вт/кв.м. Для тех, кто считает деньги и планирует обустроить дом экономной системой отопления без лишних капиталовложений и с низким расходом топлива, такие расчеты не подойдут.

Достаточно будет сказать, что теплопотери хорошо утепленного дома и неутепленного могут отличаться в 2 раза.

Точные расчеты по СНиП требуют большого времени и специальных знаний, но эффект от точности не ощутится должным образом на эффективности системы отопления.

Данная программа разрабатывалась с целью предложить лучший результат цена/качество, т.е. (затраченное время)/(достаточная точность).

03.12.2017 — скорректирована формула расчета теплопотерь на инфильтрацию. Теперь расхождений с профессиональными расчетами проектировщиков не обнаружено (по теплопотерям на инфильтрацию).

Источник: https://lucheeotoplenie.ru/raschet-otopleniya/raschet-teplopoter.html

Расчет теплопотерь дома через ограждающие конструкции

Автор: eeni2008

Рассмотрим, как рассчитать теплопотери дома через ограждающие конструкции. Расчет приводится на примере одноэтажного жилого дома. Данным расчетом можно пользоваться и для расчета теплопотерь отдельного помещения, всего дома или отдельной квартиры.

Пример технического задания для расчета теплопотерь

Сначала составляем простой план дома с указанием площадей помещений, размеров и расположения окон и входной двери. Это необходимо для определения площади поверхности дома, через которую происходят теплопотери. 

План дома

Формула расчета теплопотерь

Для расчета теплопотерь применяем следующие формулы:

R = B / K – это формула расчета величины теплосопротивления ограждающих конструкций дома.

  • R – тепловое сопротивление, (м2*К)/Вт;
  • К – коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м*К);
  • В – толщина материала, м.

Q = S • dT / R – это формула расчета теплопотерь.

  • Q – теплопотери, Вт;
  • S – площадь ограждающих конструкций дома, м2;
  • dT – разница температуры между внутренним помещением и улицой, К;
  • R – значение теплового сопротивления конструкции, м2•К/Вт

Температурный режим внутри дома для расчета берем +21..+23°С — такой режим является наиболее комфортным для человека.

Минимальная уличная температура для расчета теплопотерь взята -30°С, так как в зимний период в регионе: где построен дом (Ярославская область, Россия) такая температура может продержаться более одной недели и именно наименьший температурный показатель рекомендуется закладывать в расчеты, при этом разность температур получаем dТ = 51..53, в среднем — 52 градуса.

Общие теплопотери дома состоят из теплопотерь всех ограждающих конструкций, поэтому, используя эти формулы, выполняем:

После расчета получили такие данные:

  • Qстен – 0,49 кВт•ч,
  • Qпотолочного перекрытия — 0,49 кВт•ч,
  • Qпола – 0,32 кВт•ч,
  • Qокон – 0,38 кВт•ч.
  • Qвходной двери – 0,16 кВт•ч.

Итого: суммарный результат теплопотерь через ограждающие конструкции составил – 1,84 кВт•ч.

Отдельно выполним расчет теплопотерь помещений дома. Он пригодится при подготовке к монтажу отопления своими руками, а именно во время расчета количества секций радиаторов отопления для каждой комнаты.

Примечание: Этот расчет является приблизительным и при более точном расчете теплопотерь ограждений дома полученные значения могут иметь иной показатель, так как в своем расчете я не учитывал некоторые факторы, которые могут в той или иной степени влиять на величину теплопотерь. Если вы хотите получить точный расчет или получить консультацию специалиста по этому вопросу, то вы можете задать свой вопрос в разделе Вопрос-ответ.

Далее: Расчет теплопотерь стен.

Источник: http://www.builderclub.com/statia/raschet-teplopoter-doma-cherez-ograzhdayushchiye-konstrukcii

Простой расчет теплопотерь зданий

Ниже приведен довольно простой расчет теплопотерь зданий, который, тем не менее, поможет достаточно точно определить мощность, требуемую для отопления Вашего склада, торгового центра или другого аналогичного здания.  Это даст возможность еще на стадии проектирования предварительно оценить стоимость отопительного оборудования и последующие затраты на отопление, и при необходимости скорректировать проект.

Куда уходит тепло? Тепло уходит через стены, пол, кровлю и окна. Кроме того тепло теряется при вентиляции помещений. Для вычисление теплопотерь через ограждающие конструкции используют формулу:

Q = S * T / R,

где

Q – теплопотери, Вт

S – площадь конструкции, м2

T – разница температур между внутренним и наружным воздухом, °C

R – значение теплового сопротивления конструкции, м2•°C/Вт

Важно

Схема расчета такая – рассчитываем теплопотери отдельных элементов, суммируем и добавляем потери тепла при вентиляции.  Все.

Предположим мы хотим рассчитать потери тепла для объекта, изображенного на рисунке. Высота здания 5…6 м, ширина – 20 м, длинна – 40м, и тридцать окон размеров 1,5 х 1,4 метра. Температура в помещении 20 °С, внешняя температура -20 °С.

Считаем площади ограждающих конструкций:

пол: 20 м * 40 м = 800 м2

кровля: 20,2 м * 40 м = 808 м2

окна: 1,5 м * 1,4 м * 30 шт = 63 м2

стены: (20 м + 40 м + 20 м + 40м) * 5 м = 600 м2 + 20 м2 (учет скатной кровли) = 620 м2 – 63 м2 (окна) = 557 м2

Теперь посмотрим тепловое сопротивление используемых материалов

Значение теплового сопротивления можно взять из таблицы тепловых сопротивлений или  вычислить исходя из значения коэффициента теплопроводности по формуле:

R = d / ?

где

R – тепловое сопротивление, (м2*К)/Вт

? – коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м2*К)

d – толщина материала, м

Значение коэффициентов теплопроводности для разных материалов можно посмотреть здесь.

пол: бетонная стяжка 10 см и минеральная вата плотностью 150 кг/м3. толщиной 10 см.

R (бетон) = 0.1 / 1,75  = 0,057 (м2*К)/Вт

R (минвата) = 0.1 / 0,037  = 2,7 (м2*К)/Вт

R (пола) = R (бетон) + R (минвата) = 0,057 + 2,7 = 2,76 (м2*К)/Вт

кровля: кровельные сэндвич панели из минеральной ваты толщиной 15 см

R (кровля) = 0.15 / 0,037  = 4,05 (м2*К)/Вт

окна:  значение теплового сопротивления окон зависит от вида используемого стеклопакета
R (окна) = 0,40 (м2*К)/Вт для однокамерного стекловакета 4–16–4  при ?T = 40 °С

стены: стеновые сэндвич панели из минеральной ваты толщиной 15 см
R (стены) = 0.15 / 0,037  = 4,05 (м2*К)/Вт

Посчитаем тепловые потери:

Q (пол) = 800 м2 * 20 °С / 2,76 (м2*К)/Вт = 5797 Вт = 5,8 кВт

Q (кровля) = 808 м2 * 40 °С / 4,05 (м2*К)/Вт = 7980 Вт = 8,0 кВт

Q (окна) = 63 м2 * 40 °С / 0,40 (м2*К)/Вт = 6300 Вт = 6,3 кВт

Q (стены) = 557 м2 * 40 °С / 4,05 (м2*К)/Вт = 5500 Вт = 5,5 кВт

Получаем, что суммарные теплопотери через ограждающие конструкции составят:

Q (общая) = 5,8 + 8,0 + 6,3 + 5,5 = 25,6 кВт / ч

Теперь о потерях на вентиляцию

Для нагрева 1 м3 воздуха с температуры – 20 °С до + 20 °С потребуется 15,5 Вт.

Q(1 м3 воздуха) = 1,4 * 1,0 * 40 / 3,6 = 15,5 Вт,   здесь 1,4 – плотность воздуха (кг/м3), 1,0 – удельная теплоёмкость воздуха (кДж/(кг К)), 3,6 – коэффициент перевода в ватты.

Осталось определиться с количеством необходимого воздуха. Считается, что при  нормальном дыхании человеку нужно 7 м3 воздуха в час.

Если Вы используете здание как склад и на нем работают 40 человек, то вам нужно нагревать 7 м3 * 40 чел = 280 м3 воздуха в час, на это потребуется 280 м3 * 15,5 Вт = 4340 Вт = 4,3 кВт.

А если у Вас будет супермаркет и в среднем на территории находится 400 человек, то нагрев воздуха потребует 43 кВт.

Итоговый результат:

Для отопления предложенного здания необходима система отопления порядка 30 кВт/ч,  и система вентиляции производительностью 3000 м3 /ч с нагревателем мощность 45 кВт/ч.

Источник: http://www.econel.ru/raschet-teplopoter-zdaniy/

Методика расчета теплопотерь для помещений

Заварзин Б. Б., Рюмин Р. В., Чукарев А. Г. Методика расчета теплопотерь для помещений // Молодой ученый. — 2017. — №43. — С. 40-43. — URL https://moluch.ru/archive/177/46071/ (дата обращения: 21.02.2019).

При расчете систем отопления для любых помещений основной целью является определение теплопотерь. Теплопотери — это тепло, бесцельно уходящее за пределы здания. Суммарные теплопотери складываются из основных и добавочных.

Основные тепловые потери определяют путем суммирования утечек теплоты через ограждающие конструкции помещения.

Добавочные же зависят от ориентации ограждающих конструкций по сторонам света, а также от расположения цеха на открытой местности, скорости ветра в данном географическом районе.

Теплопотери на стены

Совет

Расчет теплопотерь помещения через ограждающие конструкции производится по формуле:

(1)

Где:

Q — дополнительные и основное теплопотери, Вт

А — расчетная площадь ограждающих конструкций,

К — коэффициент теплопередачи отдельного ограждения,

— температура помещения, °С

— температура наружного воздуха для холодного периода года, °С

В — добавочные потери теплоты в долях от основных потерь, Вт

n — коэффициент учета положения наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху

Коэффициент К определяется по форуме:

(2)

Где:

— коэффициент теплоотдачи со стороны наружного пространства,

— коэффициент теплоотдачи со стороны внутреннего помещения,

— толщина ограждающей конструкции, м

— теплопроводность ограждающей конструкции

Определение коэффициентов  происходит по формуле:

(3)

Где:

Nu — число Нуссельта

— теплопроводность воздуха

l — длина характерного участка, м

Число Нуссельта находится по следующей формуле:

(4)

Где:

Re — критерий Рейнольдса

Pr — число Прандтля

Критерий Re задается формулой:

(5)

Где:

W — скорость среды,

 — кинематическая вязкость

l — длина участка, м

Коэффициент теплоотдачи для внутренней поверхности принимаем из СП 50.13330.2012.

Теплопотери со стороны грунта

Необходимо найти коэффициент теплоотдачи со стороны грунта

(6)

Где:

— теплопроводность материала

— толщина фундамента, м

— глубина заложения фундамента, м

Теплопотери воконные заполнения

Нахождение теплопотерь в оконные заполнения находятся по формуле 1. Для расчетов необходимо знать следующие параметры: количество камер и переплетов, наличие покрытия и заполнение газом. Приведенное сопротивление теплопередаче для выбранных окон представлено в СП 23–101–2004.

Теплопотери на двери

При расчете заполнения дверных проемов необходимо учитывать добавку на врывание холодного воздуха через наружные двери, не оборудованные воздушными или воздушно-тепловыми завесами, при открывании их на короткие периоды времени. Эта добавка относится к теплопотерям дверей и учитывает потребность в расходе тепла на подогрев врывающегося через открытые двери наружного воздуха.

Перечисленные добавки не учитываются, если двери являются летними или запасными, т. е. не открываются постоянно.

В промышленных зданиях врывание холодного воздуха через ворота при открывании их в общей сложности не более чем на 15 мин в смену учитывается тем, что теплопотери через ворота утраиваются. При большом времени открытия ворот врывание холодного воздуха должно локализоваться путем устройства специальных воздушных завес или тамбуров.

Инфильтрация воздуха через ограждающие конструкции

Инфильтрация — это перемещение воздуха через ограждающие конструкции из окружающей среды в помещения за счет ветрового и теплового напоров, формируемых разностью температур и перепадом давления воздуха снаружи и внутри помещений.

Она происходит через небольшие щели в дверных и оконных рамах. Воздух поступает в помещение также из неотапливаемых частей здания — чердаков, подвалов и так далее. Он проникает через отверстия в стенах, полах и потолках, таких как трещины в местах сопряжения двух стен или стены и потолка.

Обратите внимание

Для определения количества фильтрующегося воздуха через окна и стены необходимо найти разность давлений воздуха на наружной и внутренней стороне ограждающей конструкции:

Где

H — высота здания, м

— высота расчетной конструкции от уровня земли, м

— плотность воздуха на наружной поверхности, которая определяется по формуле:

— Плотность воздуха на внутренней поверхности, определяемая по формуле:

g — ускорение свободного падения,

— скорость ветра в январе,

— аэродинамические коэффициенты, 0.8 и -0.6 соответственно

k — коэффициент учета изменений давлений ветра, 0.58

— условно-постоянное давление воздуха, которое находится по формуле:

Расход инфильтрующегося воздуха через ограждения находится по формуле:

Где

— сопротивление воздухопроницанию, которое находится из формулы:

Где:

— разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций

— 10 Па — разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях светопрозрачных ограждающих конструкций, при которой экспериментально определяется сопротивление воздухопроницанию конструкций выбранного типа

— поперечная воздухопроницаемость

Литература:

  1. Михайлов Федор Семенович ОТОПЛЕНИЕ И ОСНОВЫ ВЕНТИЛЯЦИИ — М.: Стройиздат, 1972
  2. СНиП 3.05.04–85 Наружние сети и канализация.
  3. СНиП 23–02–2003 Тепловая защита зданий.
  4. СНиП 41–01–2003 Отопление, вентиляция и кондиционирование
  5. СП 23–101–2004 Проектирование тепловой защиты зданий.

Основные термины (генерируются автоматически): внутренняя поверхность, коэффициент теплоотдачи, формула, теплопотеря, разность давлений воздуха, ограждающая конструкция, холодный воздух, Плотность воздуха, скорость ветра, наружный воздух.

н — коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности покровного слоя

где w, м/с — скорость воздуха (ветра), которая при отсутствии данных принимается 10 м/с.

Мероприятия по снижению теплопотерь через ограждения и по экономии энергии на эксплуатацию зданий.

Так как циркуляция воздуха обусловлена разностью плотностей нагретых и холодных слоев и определяется произведением , то.

(2). Плотность теплового потока в прослойке, вычисляли по формуле. ,(3). где — толщина воздушной прослойки, м; -температурный перепад в…

Тепловая нагрузка абонентов меняется в зависимости от множества факторов. Отопление и вентиляция относятся к сезонным нагрузкам и зависят, в основном, от температуры наружного воздуха, а также от направления и скорости ветра, солнечного излучения…

‒ температуру наружного воздуха

‒ в холодных чердачных помещениях по расчету, исключающий конденсацию влаги на ограждающих конструкциях (разница температуры наружного воздуха и воздуха чердачного помещения составляет 2–4 ºС)

3.3 Суммарный коэффициент теплоотдачи плоской наружной поверхности (. На рисунке 2 приведен график изменения

– температура наружного воздуха ( ºС); Рис. 4. Теплоотдача плоской поверхности. 4. Теплопередача от продуктов сгорания квнутренней стенке печи.

Однако расчёт вентиляционной части тепловой нагрузки основывается на нормативной кратности воздухообмена и не учитывает влияние изменения температуры наружного воздуха и скорости ветра в течение отопительного периода.

Побудителем естественного воздухообмена служит наличие теплового и ветрового напоров.

Тепловой напор создается при разности плотностей наружного и внутреннего воздуха [7].

Температура воздуха является скалярной величиной.

на улицу, а в теплый период с улицы, постоянно перетекает определенное количество тепла, величина которого зависит от толщины и материала стенок, типа ограждения, от разности температур между воздухом помещения и наружным воздухом, от скорости наружного

Внешними возмущающими воздействиями являются изменения наружной температуры, скорости ветра, солнечной радиации.

Важно

Расчётная температура для проектирования отопления в Новосибирске tно=-37 С, расчётная температура внутреннего воздуха tвр = 20 С, в…

Источник: https://moluch.ru/archive/177/46071/

Формулы для расчёта теплопотерь дома

Обеспечение жилища теплом — очень сложная задача в суровых климатических условиях. На главе семейства лежит ответственность решить её с минимальными финансовыми затратами.

Чтобы этого добиться, нужен расчёт теплопотерь.

Точные вычисления помогут подобрать для отопления помещения максимально эффективную систему обогрева, избежать лишних потерь тепла и напрасного расхода материальных средств.

Точный расчет теплопотерь дома позволяет подобрать действенную систему отопления

Основные факторы теплопотерь

Чтобы точно рассчитать теплопотери дома, необходимо знать, что на них влияет. Учитывая факторы потерь, домовладелец сможет максимально точно определить искомую величину. Есть два основных показателя, от которых зависят размеры теплопотерь:

  1. Тепловые потери через домовое ограждение. Сюда входит учёт потерь через стены, пол, потолок, оконные и дверные проёмы.
  2. Затраты энергии на нагрев воздуха при вентиляции. Вычисляются расходы при открытии окон, дверей и вентиляционных каналов.

В этом видео вы увидите удобную программу для расчета теплопотерь и мощности котла:

Кроме основных величин, на конечный результат влияет:

  • точное геодезическое положение дома;
  • климатические условия местности;
  • материалы, из которых построено здание.

Базовые формулы

Основная цифра подсчёта состоит из двух составляющих. Чтобы посчитать теплопотери дома, надо вычислить каждую из них, а затем сложить результаты. Расход теплопотерь через ограждения вычисляют по такой формуле: Q = 1/R * (tв — tн) * S * (1 + ∑β).

Теплопотери дома рассчитываются по формуле

Вот что обозначают основные переменные уравнения:

  • определяемая величина — это потери тепловой энергии, вычисляется в Вт;
  • R — сопротивление материала конструкции окружающей температуре (м2*С/Вт);
  • tв — внутренняя температура — её средний показатель вычисляется в градусах по Цельсию;
  • tн — температура снаружи, берётся самый низкий показатель, измеряется в градусах;
  • S — площадь ограждения вычисляется по наружным размерам в квадратных метрах;
  • β — дополнительные теплопотери из-за ориентации здания на местности.

Имея формулу, приступают к вычислениям. Для этого надо иметь справочные таблицы со следующими показателями:

  • низкие температуры по регионам;
  • коэффициенты дополнительных теплопотерь из-за расположения здания на местности;
  • значения тепловодности строительных материалов;
  • личные наблюдения или специальные таблицы со средними показателями температур в помещениях здания.

Измерение вентиляционных показателей

Ещё одной важной составляющей расчёта теплопотерь помещения является величина энергии, уходящей на обогрев вентиляционного воздуха. Она может составлять до 30% общих потерь, поэтому обязательно вычисляется и прибавляется к результату основных расчётов. Формулу для такого вычисления берут из учебника физики для определения теплоёмкости воздуха: Q возд. = c * m * (tв — tн).

Энергия, уходящая на обогрев вентиляционного воздуха рассчитывается по формуле

Вот расшифровка основных показателей:

  • Q возд. — количество энергии, потраченное на обогрев воздуха, измеряется в Вт;
  • tв — средняя внутренняя температура измеряется в градусах по Цельсию;
  • tн — самая низкая температура снаружи измеряется в градусах;
  • c — теплоёмкость воздуха равна 0.28 Вт / (кг °С);
  • m — масса воздуха, попадающего в помещение снаружи, измеряют в кг.

Для более точного подсчёта массы поступающего воздуха пользуются простой формулой: умножают объём всех вычисляемых помещений на плотность воздуха.

Вычисление объёма производят по внутренним данным, перемножая длину, ширину и высоту комнат, а потом сложив все объёмы в единый. Значение плотности воздуха находят в специальной таблице, где он указан в зависимости от температуры.

За отправную температуру берётся наружный показатель, самый низкий для местности.

Для определения конечного результата складывают итоговые значения двух основных формул. Полученный результат будет наиболее точным показателем теплопотерь здания.

Наглядный пример расчётов

Для определения теплопотерь вычисляют величину для каждой комнаты в отдельности, потом их складывают. Вот схема последовательности вычислений для одной комнаты:

  1. Вычисляют площадь окна или окон на северной стене.
  2. Вычисляют площадь северной стены. Для этого умножают её наружную высоту на ширину. Ширину определяют до середины смежной стены или до её конца, если она крайняя. Отнимают от этой площади площадь окон, расположенных на стене.Для расчета теплопотерь сначала высчитывают величину для каждой комнаты, затем показатели складывают
  3. Вычисляют термическое сопротивление каждого окна.
  4. Вычисляют показания для стены термического сопротивления. Для этого просчитывают показания для каждого слоя конструкции, а потом их складывают.
  5. Подставляют все данные в формулу для вычисления теплопотерь стены. Добавляют из таблицы дополнительных теплопотерь коэффициент для северной стороны.
  6. Также вычисляют теплопотери окон на этой стене.
  7. Вычисляют теплопотери остальных стен по той же схеме. У внутренних стен показания внутренней и внешней температур обычно равны. За внешнюю температуру берутся показания за стеной.
  8. Вычисляют теплопотери потолка. Учитывают, что внутренняя температура на чердаке может отличаться от внешней температуры, поэтому берут для формулы расчёта показатели температуры за перекрытием.От правильных расчетов зависит комфорт и уют в доме
  9. По тому же принципу вычисляют теплопотери через пол комнаты.
  10. Складывают все данные и получают расход энергии через ограждения.
  11. Вычисляют объём комнаты, перемножив её высоту, длину и ширину.
  12. Вычисляют расход энергии на обогрев вентиляционного воздуха, подставив данные в формулу.
  13. Складывают энергию, потраченную на ограждения и вентиляцию. Получают конечный результат.
  14. По той же схеме вычисляют все комнаты и помещения здания и находят общую сумму всех показателей. Полученная величина будет наиболее точным мерилом теплопотерь всего дома.

Источник: https://kaminguru.com/sooruzhenija/formuly-dlja-raschjota-teplopoter.html

Расчет теплопотерь дома через ограждающие конструкции и инженерные коммуникации

Проектирование системы отопления «на глазок» с большой вероятностью может привести либо к неоправданному завышению расходов на ее эксплуатацию, либо к недогреву жилища.

Чтобы не случилось ни того ни другого, необходимо в первую очередь грамотно выполнить расчет теплопотерь дома.

И только на основании полученных результатов подбирается мощность котла и радиаторов. Наш разговор пойдет о том, каким способом производятся эти вычисления и что при этом нужно учитывать.

Авторы многих статей сводят расчет теплопотерь к одному простому действию: предлагается умножить площадь отапливаемого помещения на 100 Вт. Единственное условие, которое при этом выдвигается, относится к высоте потолка — она должна составлять 2,5 м (при других значениях предлагается вводить поправочный коэффициент).

На самом деле такой расчет является настолько приблизительным, что полученные с его помощью цифры можно смело приравнивать к «взятым с потолка». Ведь на удельную величину теплопотерь влияет целый ряд факторов: материал ограждающих конструкций, наружная температура, площадь и тип остекления, кратность воздухообмена и пр.

Теплопотери дома

Более того, даже для домов с различной отапливаемой площадью при прочих равных условиях ее значение будет разным: в маленьком доме — больше, в большом — меньше. Так проявляется закон квадрата-куба.

Совет

Поэтому владельцу дома крайне важно освоить более точную методику определения теплопотерь. Такой навык позволит не только подобрать отопительное оборудование с оптимальной мощностью, но и оценить, к примеру, экономический эффект от утепления. В частности, можно будет понять, превзойдет ли срок службы теплоизолятора период его окупаемости.

Первое, что необходимо сделать исполнителю — разложить общие теплопотери на три составляющие:

  • потери через ограждающие конструкции;
  • обусловленные работой вентиляционной системы;
  • связанные со сбросом нагретой воды в канализацию.

Рассмотрим каждую из разновидностей подробно.

Расчет теплопотерь

Вот как следует производить вычисления:

Теплопотери через ограждающие конструкции

Для каждого материала, входящего в состав ограждающих конструкций, в справочнике или предоставленном производителем паспорте находим значение коэффициента теплопроводности Кт (единица измерения — Вт/м*градус).

Для каждого слоя ограждающих конструкций определяем термическое сопротивление по формуле: R = S/Кт, где S – толщина данного слоя, м.

Для многослойных конструкций сопротивления всех слоев нужно сложить.

Определяем теплопотери для каждой конструкции по формуле Q = (A / R) *dT,

Где:

  • А — площадь ограждающей конструкции, кв. м;
  • dT — разность наружной и внутренней температур.
  • dT следует определять для самой холодной пятидневки.

Теплопотери через вентиляцию

Для этой части расчета необходимо знать кратность воздухообмена.

В жилых зданиях, возведенных по отечественным стандартам (стены являются паропроницаемыми), она равна единице, то есть за час должен обновиться весь объем воздуха в помещении.

В домах, построенных по европейской технологии (стандарт DIN), при которой стены изнутри застилаются пароизоляцией, кратность воздухообмена приходится увеличивать до 2-х. То есть за час воздух в помещении должен обновиться дважды.

Теплопотери через вентиляцию определим по формуле:

Qв = (V*Кв / 3600) * р * с * dT,

Где

  • V — объем помещения, куб. м;
  • Кв — кратность воздухообмена;
  • Р — плотность воздуха, принимается равной 1,2047 кг/куб. м;
  • С — удельная теплоемкость воздуха, принимается равной 1005 Дж/кг*С.

Приведенный расчет позволяет определить мощность, которую должен иметь теплогенератор системы отопления. Если она оказалась слишком высокой, можно сделать следующее:

  • понизить требования к уровню комфорта, то есть установить желаемую температуру в наиболее холодный период на минимальной отметке, допустим, в 18 градусов;
  • на период сильных холодов понизить кратность воздухообмена: минимально допустимая производительность приточной вентиляции составляет 7 куб. м/ч на каждого обитателя дома;
  • предусмотреть организацию приточно-вытяжной вентиляции с рекуператором.

Заметим, что рекуператор полезен не только зимой, но и летом: в жару он позволяет сэкономить произведенный кондиционером холод, хотя и работает в это время не столь эффективно, как в мороз.

Правильнее всего при проектировании дома выполнить зонирование, то есть назначить для каждого помещения свою температуру исходя из требуемого комфорта.

К примеру, в детской или комнате пожилого человека следует обеспечить температуру порядка 25-ти градусов, тогда как для гостиной будет достаточно и 22-х.

На лестничной площадке или в помещении, где жильцы появляются редко либо имеются источники тепловыделения, расчетную температуру можно вообще ограничить 18-ю градусами.

Очевидно, что цифры, полученные в данном расчете, актуальны только для очень короткого периода — самой холодной пятидневки. Чтобы определить общий объем энергозатрат за холодный сезон, параметр dT нужно вычислять с учетом не самой низкой, а средней температуры. Затем нужно выполнить следующее действие:

W = ((Q + Qв) * 24 * N)/1000,

Где:

  • W — количество энергии, требующейся для восполнения теплопотерь через ограждающие конструкции и вентиляцию, кВт*ч;
  • N — количество дней в отопительном сезоне.

Однако, данный расчет окажется неполным, если не будут учтены потери тепла в канализационную систему.

Теплопотери через канализацию

Для приема гигиенических процедур и мытья посуды жильцы дома греют воду и произведенное тепло уходит в канализационную трубу.

Но в данной части расчета следует учитывать не только прямой нагрев воды, но и косвенный — отбор тепла осуществляет вода в бачке и сифоне унитаза, которая также сбрасывается в канализацию.

Исходя из этого, средняя температура нагрева воды принимается равной всего 30-ти градусам. Теплопотери через канализацию рассчитываем по следующей формуле:

Qк = (Vв * T * р * с * dT) / 3 600 000,

Где:

  • Vв — месячный объем потребления воды без разделения на горячую и холодную, куб. м/мес.;
  • Р — плотность воды, принимаем р = 1000 кг/куб. м;
  • С — теплоемкость воды, принимаем с = 4183 Дж/кг*С;
  • dT — разность температур. Учитывая, что вода на входе зимой имеет температуру около +7 градусов, а среднюю температуру нагретой воды мы условились считать равной 30-ти градусам, следует принимать dT = 23 градуса.
  • 3 600 000 — количество джоулей (Дж) в 1-м кВт*ч.

Рассчитаем теплопотери 2-этажного дома высотой 7 м, имеющего размеры в плане 10х10 м.

Стены имеют толщину 500 мм и выстроены из теплой керамики (Кт = 0,16 Вт/м*С), снаружи утеплены минеральной ватой толщиной 50 мм (Кт = 0,04 Вт/м*С).

В доме имеется 16 окон площадью по 2,5 кв. м.

Наружная температура в самую холодную пятидневку составляет -25 градусов.

Средняя наружная температура за отопительный период — (-5) градусов.

Внутри дома требуется обеспечить температуру +23 градуса.

Потребление воды — 15 куб. м/мес.

Продолжительность отопительного периода — 6 мес.

Определяем теплопотери через ограждающие конструкции (для примера рассмотрим только стены)

Термическое сопротивление:

  • основного материала: R1 = 0,5 / 0,16 = 3,125 кв. м*С/Вт;
  • утеплителя: R2 = 0,05/0,04 = 1,25 кв. м*С/Вт.

То же для стены в целом: R = R1 + R2 = 3.125 + 1.25 = 4.375 кв. м*С/Вт.

Определяем площадь стен: А = 10 х 4 х 7 – 16 х 2,5 = 240 кв. м.

Теплопотери через стены составят:

Qс = (240 / 4.375) * (23 – (-25)) = 2633 Вт.

Аналогичным образом рассчитываются теплопотери через крышу, пол, фундамент, окна и входную дверь, после чего все полученные значения суммируются. Термическое сопротивление дверей и окон производители обычно указывают в паспорте на изделие.

Обратите внимание на то, что при расчете теплопотерь через пол и фундамент (при наличии подвала) разность температур dT будет намного меньшей, так как при ее вычислении учитывается температура не воздуха, а грунта, который зимой является гораздо более теплым.

Теплопотери через вентиляцию

Определяем объем воздуха в помещении (для упрощения расчета толщина стен не учитывается):

V = 10х10х7 = 700 куб. м.

Принимая кратность воздухообмена Кв = 1, определяем теплопотери:

Qв = (700 * 1 / 3600) * 1,2047 * 1005 * (23 – (-25)) = 11300 Вт.

Вентиляция в доме

Теплопотери через канализацию

С учетом того, что жильцы потребляют 15 куб. м воды в месяц, а расчетный период составляет 6 мес., теплопотери через канализацию составят:

Qк = (15 * 6 * 1000 * 4183 * 23) / 3 600 000 = 2405 кВт*ч

Оценка полного объема энергозатрат

Для оценки всего объема энергозатрат за отопительный период необходимо пересчитать теплопотери через вентиляцию и ограждающие конструкции с учетом средней температуры, то есть dT составит не 48, а только 28 градусов.

Тогда средняя мощность потерь через стены составят:

Qс = (240 / 4.375) * (23 – (-5)) = 1536 Вт.

Предположим, что через крышу, пол, окна и двери дополнительно теряется в среднем 800 Вт, тогда совокупная средняя мощность теплопотерь через ограждающие конструкции составит Q = 1536 + 800 = 2336 Вт.

Средняя мощность теплопотерь через вентиляцию составит:

Qв = (700 * 1 / 3600) * 1,2047 * 1005 * (23 – (-5)) =6592 Вт.

Тогда за весь период на отопление придется затратить:

W = ((2336 + 6592)*24*183)/1000 = 39211 кВт*ч.

К этой величине нужно прибавить 2405 кВт*ч потерь через канализацию, так что общий объем энергозатрат за отопительный период составит 41616 кВт*ч.

Если в качестве энергоносителя используется только газ, из 1-го куб. м которого удается получить 9,45 кВт*ч тепла, то его понадобится 41616 / 9,45 = 4404 куб. м.

Видео на тему

Источник: https://microklimat.pro/sistemy-otopleniya/raschet-sistem-otopleniya/raschet-teplopoter-doma.html

Расчёт теплопотерь частного дома с примерами

Чтобы ваш дом не оказался бездонной ямой для расходов на отопление, предлагаем изучить базовые направления теплотехнических изысканий и методологию расчётов.

Чтобы ваш дом не оказался бездонной ямой для расходов на отопление, предлагаем изучить базовые направления теплотехнических изысканий и методологию расчётов.

Без предварительного расчёта тепловой проницаемости и влагонакопления теряется вся суть жилищного строительства.

Физика теплотехнических процессов

Обратите внимание

Различные области физики имеют много схожего в описании явлений, которые ими изучаются.

Так и в теплотехнике: принципы, описывающие термодинамические системы, наглядно перекликаются с основами электромагнетизма, гидродинамики и классической механики.

В конце концов, речь идёт об описании одного и того же мира, поэтому не удивительно, что модели физических процессов характеризуются некоторыми общими чертами во многих областях исследований.

Лучшие публикации в Telegram-канале Econet.ru. Подписывайтесь! 

Суть тепловых явлений понять легко. Температура тела или степень его нагрева есть не что иное, как мера интенсивности колебаний элементарных частиц, из которых это тело состоит. Очевидно, что при столкновении двух частиц та, у которой энергетический уровень выше, будет передавать энергию частице с меньшей энергией, но никогда наоборот.

Однако это не единственный путь обмена энергией, передача возможна также посредством квантов теплового излучения. При этом базовый принцип обязательно сохраняется: квант, излученный менее нагретым атомом, не в состоянии передать энергию более горячей элементарной частице. Он попросту отражается от неё и либо пропадает бесследно, либо передаёт свою энергию другому атому с меньшей энергией.

Термодинамика хороша тем, что происходящие в ней процессы абсолютно наглядны и могут интерпретироваться под видом различных моделей. Главное — соблюдать базовые постулаты, такие как закон передачи энергии и термодинамического равновесия. Так что если ваше представление соответствует этим правилам, вы легко поймёте методику теплотехнических расчётов от и до.

Понятие сопротивления теплопередаче

Способность того или иного материала передавать тепло называется теплопроводностью. В общем случае она всегда выше, чем больше плотность вещества и чем лучше его структура приспособлена для передачи кинетических колебаний.

 Величиной, обратно пропорциональной тепловой проводимости, является термическое сопротивление. У каждого материала это свойство принимает уникальные значения в зависимости от структуры, формы, а также ряда прочих факторов.

Например, эффективность передачи тепла в толще материалов и в зоне их контакта с другими средами могут отличаться, особенно если между материалами есть хотя бы минимальная прослойка вещества в другом агрегатном состоянии.

Важно

Количественно термическое сопротивление выражается как разница температур, разделённая на мощность теплового потока:

Rt = (T2 – T1) / P

где:

  • Rt — термическое сопротивление участка, К/Вт;
  • T2 — температура начала участка, К;
  • T1 — температура конца участка, К;
  • P — тепловой поток, Вт.

В контексте расчёта теплопотерь термическое сопротивление играет определяющую роль. Любая ограждающая конструкция может быть представлена как плоскопараллельная преграда на пути теплового потока. Её общее термическое сопротивление складывается из сопротивлений каждого слоя, при этом все перегородки складываются в пространственную конструкцию, являющуюся, собственно, зданием.

Rt = l / (λ·S)

где:

  • Rt — термическое сопротивление участка цепи, К/Вт;
  • l — длина участка тепловой цепи, м;
  • λ — коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м·К);
  • S — площадь поперечного сечения участка, м2.

Факторы, влияющие на теплопотери

Тепловые процессы хорошо коррелируют с электротехническими: в роли напряжения выступает разница температур, тепловой поток можно рассматривать как силу тока, ну а для сопротивления даже своего термина придумывать не нужно. Также в полной степени справедливо и понятие наименьшего сопротивления, фигурирующего в теплотехнике как мостики холода.

Если рассматривать произвольный материал в разрезе, достаточно легко установить путь теплового потока как на микро-, так и на макроуровне.

В качестве первой модели примем бетонную стену, в которой по технологической необходимости выполнены сквозные крепления стальными стержнями произвольного сечения.

Сталь проводит тепло несколько лучше бетона, поэтому мы можем выделить три основных тепловых потока:

  • через толщу бетона
  • через стальные стержни
  • от стальных стержней к бетону

Модель последнего теплового потока наиболее занимательна. Поскольку стальной стержень прогревается быстрее, то ближе к наружной части стены будет наблюдаться разница температур двух материалов. Таким образом, сталь не только «перекачивает» тепло наружу сама по себе, она также увеличивает тепловую проводимость прилегающих к ней масс бетона.

В пористых средах тепловые процессы протекают похожим образом. Практически все строительные материалы состоят из разветвлённой паутины твёрдого вещества, пространство между которым заполнено воздухом.

Таким образом, основным проводником тепла служит твёрдый, плотный материал, но за счёт сложной структуры путь, по которому распространяется теплота, оказывается больше поперечного сечения. Таким образом, второй фактор, определяющий термическое сопротивление, это неоднородность каждого слоя и ограждающей конструкции в целом.

Третьим фактором, влияющим на теплопроводность, мы можем назвать накопление влаги в порах. Вода имеет термическое сопротивление в 20–25 раз ниже, чем у воздуха, таким образом, если она наполняет поры, в целом теплопроводность материала становится даже выше, чем если бы пор вообще не было.

При замерзании воды ситуация становится ещё хуже: теплопроводность может возрасти до 80 раз. Источником влаги, как правило, служит комнатный воздух и атмосферные осадки.

Соответственно, три основных метода борьбы с таким явлением — это наружная гидроизоляция стен, использование парозащиты и расчёт влагонакопления, который обязательно производится параллельно прогнозированию теплопотерь.

Дифференцированные схемы расчёта

Простейший способ установить размер тепловых потерь здания — суммировать значения теплового потока через конструкции, которыми это здание образовано.

Совет

Такая методика полностью учитывает разницу в структуре различных материалов, а также специфику теплового потока сквозь них и в узлах примыкания одной плоскости к другой.

Такой дихотомический подход сильно упрощает задачу, ведь разные ограждающие конструкции могут существенно отличаться в устройстве систем теплозащиты. Соответственно, при раздельном исследовании определить сумму теплопотерь проще, ведь для этого предусмотрены различные способы вычислений:

  • Для стен утечки теплоты количественно равны общей площади, умноженной на отношение разницы температур к тепловому сопротивлению. При этом обязательно берётся во внимание ориентация стен по сторонам света для учёта их нагрева в дневное время, а также продуваемость строительных конструкций.
  • Для перекрытий методика та же, но при этом учитывается наличие чердачного помещения и режим его эксплуатации. Также за комнатную температуру принимается значение на 3–5 °С выше, расчётная влажность тоже увеличена на 5–10%.
  • Теплопотери через пол рассчитывают зонально, описывая пояса по периметру здания. Связано это с тем, что температура грунта под полом выше у центра здания по сравнению с фундаментной частью.
  • Тепловой поток через остекление определяется паспортными данными окон, также нужно учитывать тип примыкания окон к стенам и глубину откосов.

Q = S · (ΔT / Rt)

где:

  • Q —тепловые потери, Вт;
  • S — площадь стен, м2;
  • ΔT — разница температур внутри и снаружи помещения, ° С;
  • Rt — сопротивление теплопередаче, м2·°С/Вт.

Пример расчёта

Прежде чем перейти к демонстрационному примеру, ответим на последний вопрос: как правильно рассчитать интегральное термическое сопротивление сложных многослойных конструкций? Это, конечно, можно сделать вручную, благо, что в современном строительстве используется не так много типов несущих оснований и систем утепления.

Однако учесть при этом наличие декоративной отделки, интерьерной и фасадной штукатурки, а также влияние всех переходных процессов и прочих факторов достаточно сложно, лучше воспользоваться автоматизированными вычислениями. Один из лучших сетевых ресурсов для таких задач — smartcalc.

ru, который дополнительно составляет диаграмму смещения точки росы в зависимости от климатических условий.

Для примера возьмём произвольное здание, изучив описание которого читатель сможет судить о наборе исходных данных, необходимых для расчёта. Имеется одноэтажный дом правильной прямоугольной формы размерами 8,5х10 м и высотой потолков 3,1 м, расположенный в Ленинградской области.

В доме выполнен неутеплённый пол по грунту досками на лагах с воздушным зазором, высота пола на 0,15 м превышает отметку планирования грунта на участке.

Материал стен — шлаковый монолит толщиной 42 см с внутренней цементно-известковой штукатуркой толщиной до 30 мм и наружной шлаково-цементной штукатуркой типа «шуба» толщиной до 50 мм.

Общая площадь остекления — 9,5 м2, в качестве окон использован двухкамерный стеклопакет в теплосберегающем профиле с усреднённым термическим сопротивлением 0,32 м2·°С/Вт.

Обратите внимание

Перекрытие выполнено на деревянных балках: снизу оштукатурено по дранке, заполнено доменным шлаком и сверху укрыто глиняной стяжкой, над перекрытием — чердак холодного типа. Задача расчёта теплопотерь — формирование системы теплозащиты стен.

Пол

Первым делом определяются тепловые потери через пол. Поскольку их доля в общем оттоке тепла наименьшая, а также по причине большого числа переменных (плотность и тип грунта, глубина промерзания, массивность фундамента и т. д.

), расчёт теплопотерь проводится по упрощённой методике с использованием приведённого сопротивления теплопередаче.

По периметру здания, начиная от линии контакта с поверхностью земли, описывается четыре зоны — опоясывающих полосы шириной по 2 метра.

Для каждой из зон принимается собственное значение приведённого сопротивления теплопередаче. В нашем случае имеется три зоны площадью по 74, 26 и 1 м2.

Пусть вас не смущает общая сумма площадей зон, которая больше площади здания на 16 м2, причина тому — двойной пересчёт пересекающихся полос первой зоны в углах, где теплопотери значительно выше по сравнению с участками вдоль стен.

Применяя значения сопротивления теплопередаче в 2,1, 4,3 и 8,6 м2·°С/Вт для зон с первой по третью, мы определяем тепловой поток через каждую зону: 1,23, 0,21 и 0,05 кВт соответственно.

Стены

Используя данные о местности, а также материалы и толщину слоёв, которыми образованы стены, на упомянутом выше сервисе smartcalc.ru нужно заполнить соответствующие поля.

По результатам расчёта сопротивление теплопередаче оказывается равным 1,13 м2·°С/Вт, а тепловой поток через стену — 18,48 Вт на каждом квадратном метре.

Важно

При общей площади стен (за вычетом остекления) в 105,2 м2 общие теплопотери через стены составляют 1,95 кВт/ч. При этом потери тепла через окна составят 1,05 кВт.

Перекрытие и кровля

Расчёт теплопотерь через чердачное перекрытие также можно выполнить в онлайн-калькуляторе, выбрав нужный тип ограждающих конструкций. В результате сопротивление перекрытия теплопередаче составляет 0,66 м2·°С/Вт, а потери тепла — 31,6 Вт с квадратного метра, то есть 2,7 кВт со всей площади ограждающей конструкции.

Итого суммарные теплопотери согласно расчётам составляют 7,2 кВт·ч. При достаточно низком качестве строительных конструкций здания этот показатель очевидно сильно ниже реального. На самом деле такой расчёт идеализирован, в нём не учтены специальные коэффициенты, продуваемость, конвекционная составляющая теплообмена, потери через вентиляцию и входные двери.

В действительности, из-за некачественной установки окон, отсутствия защиты на примыкании кровли к мауэрлату и плохой гидроизоляции стен от фундамента реальные теплопотери могут быть в 2 или даже 3 раза больше расчётных. Тем не менее, даже базовые теплотехнические исследования помогают определиться, будут ли конструкции строящегося дома соответствовать санитарным нормам хотя бы в первом приближении.

Напоследок дадим одну важную рекомендацию: если вы действительно хотите получить полное представление о тепловой физике конкретного здания, необходимо использовать понимание описанных в этом обзоре принципов и специальную литературу.

Например, очень хорошим подспорьем в этом деле может стать справочное пособие Елены Малявиной «Теплопотери здания», где весьма подробно объяснена специфика теплотехнических процессов, даны ссылки на необходимые нормативные документы, а также приведены примеры расчётов и вся необходимая справочная информация.опубликовано econet.ru  

Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! © econet

Источник: https://econet.ru/articles/180516-raschyot-teplopoter-chastnogo-doma-s-primerami

Понравилась статья? Поделить с друзьями:
  • Госинспекция по недвижимости руководство
  • Коллаген калифорния голд нутришн инструкция по применению порошок
  • Руководств по эксплуатации ивеко
  • Audient evo 4 мануал
  • Tawon liar gold пчелка капсулы инструкция