Теплотехнический расчет с примером

Теплотехнический расчет с примером

Давным-давно здания и сооружения строились, не задумываясь о том, какими теплопроводными качествами обладают ограждающие конструкции. Другими словами, стены делались просто толстыми. И если вам когда-нибудь случалось быть в старых купеческих домах, то вы могли заметить, что наружные стены этих домов выполнены из керамического кирпича, толщина которых составляет порядка 1,5 метров. Такая толщина кирпичной стены обеспечивала и обеспечивает до сих пор вполне комфортное пребывание людей в этих домах даже в самые лютые морозы.

В настоящее же время все изменилось. И сейчас экономически не выгодно делать стены такими толстыми. Поэтому были придуманы материалы, которые могут ее уменьшить. Одни из них: утеплители и газосиликатные блоки. Благодаря этим материалам, например, толщина кирпичной кладки может быть снижена до 250 мм.

Теперь стены и перекрытия чаще всего делают 2-х или 3-х слойными, одним слоем из которых является материал с хорошими теплоизоляционными свойствами. А для того, чтобы определить оптимальную толщину этого материала, проводится теплотехнический расчет и определяется точка росы.

Как производится расчет по определению точки росы вы можете ознакомиться на следующей странице. Здесь же будет рассмотрен теплотехнический расчет на примере.

Сопротивлением теплопередаче стен

Для нахождения этого параметра используем СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» который можно скачать на нашем сайте (ссылка).

В пункте 5 «Тепловая защита зданий» представлены несколько формул, которые помогут нам рассчитать толщину утеплителя и стен. Для того чтобы это сделать существует параметр, называемый сопротивлением теплопередаче и обозначаемый буквой R. Он зависит от необходимой температуры внутри помещения и климатических условий данного города или района.

В общем случает он рассчитывается по формуле R ТР = a х ГСОП + b.

Согласно таблице 3, значения коэффициентов a и b для стен жилых зданий равняется 0,00035 и 1,4 соответственно.

Осталось только найти величину ГСОП. Расшифровывается она как градусо-сутки отопительного периода. С этим значением придется немного повозится.

Формула для расчета ГСОП = (t_В—t_ОТ) х z_ОТ.

В данной формуле t_В — это температура, которая должна быть внутри помещения. По нормам она равняется 20-22 0 С.

Значение параметров t_ОТи z_ОТ означают среднюю температуру наружного воздуха и количество суток отопительного периода в году. Узнать их можно в СНиП 23-01-99 «Строительная климатология». (ссылка).

Если посмотрите на данный СНиП, то увидите большую таблицу в самом начале, где для каждого города или района приведены климатические параметры.

Нас будет интересовать колонка, в которой написано «Продолжительность и средняя температура воздуха периода со средней суточной температурой воздуха ≤ 8 0 С».

Пример расчета параметра R ТР

Для того, чтобы все стало более понятным, давайте рассчитаем сопротивлением теплопередаче стен (R ТР ) для дома построенного в г. Казань.

Для этого у нас есть две формулы:

R ТР = a х ГСОП + b,

Сначала рассчитаем ГСОП. Для этого ищем г. Казань в правой колонке СНиП 23-01-99.

Находим по таблице, что средняя температура t_ОТ = — 5,2 0 С, а продолжительность z_ОТ = 215сут/год.

Теперь нужно определится, какая температура воздуха внутри помещения для вас комфортна. Как было написано выше оптимальным считается t_В = 20-22 0 С. Если вы любите более прохладную или более теплую температуру, то при расчете ГСОП для значение t_В может быть другим_.

Итак, подсчитаем ГСОП для температуры t_В = 18 0 С и t_В = 22 0 С.

ГСОП₁₈ = (18 0 С-(-5,2 0 С) х 215 суток/год = 4988.

ГСОП₂₂ = (22 0 С-(-5,2 0 С) х 215 суток/год = 5848

Теперь найдем сопротивление теплопередаче. Как мы уже знаем коэффициенты a и b для стен жилых зданий, согласно таблице 3 из СП 50.13330.2012 равняются 0,00035 и 1,4.

R ТР (18 0 С) = 0,00035 х 4988 + 1,4 = 3,15 м 2 * 0 С/Вт, для 18 0 С внутри помещения.

R ТР (22 0 С) = 0,00035 х 5848 + 1,4 = 3,45 м 2 * 0 С/Вт, для 22 0 С.

Таким сопротивление, должна обладать стена вместе с утеплителем, для того чтобы в доме были минимальные теплопотери.

Итак, необходимые начальные данные мы получили. Теперь перейдём ко второму этапу, к определению толщины утеплителя.

Расчет толщины утеплителя

Узнать требуемую толщину утепления можно самостоятельно выполнив небольшой расчет. Необходимо воспользоваться табличными данными и сведениями из СНиП, которые приведены ниже.

Очень важно знать какая толщина утепления необходима. Если ее сделать недостаточной, то не будет максимального эффекта от утепления, в результате большой ущерб. При долгой эксплуатации недоутепленного здания будут потеряны весьма значительные денежные средства. Но и перерасход утеплителя снижает экономическую целесообразность.

Оптимальное сопротивление теплопередаче стены (ограждающей конструкции) прописано в СНиП. Нам нужно утеплить стену так, чтобы достичь нормативного теплового сопротивления или немного превысить его.

Расчет толщины утепления в одно действие

Можно посчитать толщину утепления приблизительно одним действием, но обычно и этого достаточно, чтобы не промахнуться с выбором утеплителя и его толщины. Так как утеплять будем все равно плитами стандартной толщины и подберем их по ближайшему наибольшему значению.

К примеру нам нужно утеплить железобетонную стену квартиры в регионе Москва. Сопротивление теплопередаче стены для региона Москва должно составлять примерно 3,15м? •°С/Вт, (принято 5200 градусо-суток отопительного периода) (можно воспользоваться таблицей данных для разных городов в конце страницы).

Сопротивлением теплопередаче собственно ж/б стены пренебрегаем как несущественным.

Тогда толщина утеплителя пенопласта ПСБ25 составит ?=R• ?•0,9, где

R — требуемое сопротивление теплопередаче;
? — коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м•°С), табличная величина;
0,9 — здесь — «коэффициент грубости расчета» — учитывает стену и некоторые другие параметры.
? = 3,15х0,038х0,9=0,107 м, принимаем толщину утеплителя пенопласт — 10 см одним листом.

Определение толщины утеплителя с учетом конструкций

Еще один пример, как узнать сколько утеплителя нужно, также не совсем точный, но приемлемый для применения на практике расчет.
Утепляем стену из полнотелого силикатного кирпича толщиной 0,38 м в Астрахани.

Требуемое сопротивление теплопередаче этой стены — 2,64 м? •°С/Вт
Собственное сопротивление теплопередачи стены составит
Rст.= ? ? ? =0,38/0,7=0,54м? •°С/Вт

Тогда для достижения нормативного значения нам не будет хватать 2,5 — 0,54=1,96м? •°С/Вт. Т.е сопротивление теплопередаче слоя утеплителя пенопласт СПБ 25 должно быть 1,96м? •°С/Вт.
Необходимая толщина пенопласта ?= 1,96х0,038=0,074м.

Промышленность может нас порадовать пенопластом ПСБ25 ближайшей большей толщиной 8 см. Его и будем применять.

Проверка выбора утепления по паропроницаемости

При выборе утеплителя для стены нельзя ошибиться в одном — наружный слой (утеплитель) должен быть более паропрозрачный чем стена. Если условие не выполняется, то нужно заменить утеплитель с меньшим сопротивлением движению пара.

Проверяем, подходит ли выбранный пенопласт толщиной 8 см для кирпичной стены по условиям пароизоляции.

Паропроницаемость слоя определяется делением его толщины на коэффициент паропроницаемости (данные в конце страницы).

Для стены – 0,38/0,11=3,45 м2 • ч • Па/мг.
Для пенопласта – 0,08/0,05=1,6 м2 • ч • Па/мг.
Условие выполняется.

Примечание: Обычно строительные материалы с высокой паропрозрачностью, такие как поризованая керамика, дерево, можно утеплять только лишь ватными материалами с весьма большим коэффициентом паропрозрачности (больше 0,2 мг/(м*ч*Па).

Уточняющие расчеты при выборе утепления

Рассчитаем толщину утеплителя для северо-восточной стены баньки где-нибудь на южном Урале.

Требуемое согласно норматива сопротивление теплопередаче для всей стены — 3,5 м? •°С/Вт.

Сопротивление теплопередаче самой конструкции должно быть:
R=Rо-Rв-Rн=3,5-0,115-0,043=3,342 м? •°С/Вт;

где
Rо-нормативное значение сопротивления теплопередаче= 3,5 м? •°С/Вт;
Rв — сопротивление при переходе тепловой энергии от внутреннего воздуха к внутренней поверхности ограждения, Rв=0,115 м? •°С/Вт (сопротивление тепловосприятию);
Rн — сопротивление при переходе тепловой энергии от наружной поверхности ограждения к наружному воздуху, Rн=0,043 м? •°С/Вт (сопротивление теплоотдаче);

• Несущая стена — деревянный брус, ель, толщиной 0,2 м.ъ
• Внутренняя пароизоляция и утепление стены — вспененный фольгированный полиэтилен, обращенный фольгой вовнутрь, толщиной 0,005 м.
• Вентиляционный зазор между внутренней обшивкой из шпунтованной доски и пароизоляцией толщиной 0,02м (замкнутая воздушная прослойка с конвекционным движением воздуха).
• Внутренняя обшивка из шпунтованной доски, сосна, ель, толщиной 0,02 м.

Выбранный утеплитель, с учетом рекомендаций по паропроницаемости слоев, минеральная вата, плитная под сайдингом.
Ее коэффициент теплопроводности в условиях эксплуатации под диффузионной мембраной с наружным вентиляционым зазором с учетом увеличения теплопроводности на 20% — 0,045Вт/(м•°С).

Сопротивление теплопередаче имеющейся конструкции стены определяется как сумма сопротивления каждого слоя
Rк=R1+R2+R3+R5=1,176+0,161+0,117+0,28 = 1,734 м? •°С/Вт,

где
R1 — сопротивление теплопередаче несущей стены.
R1=0,2/0,17=1,176м? •°С/Вт,

Здесь толщина бревна ?=0,2м,
коэффициент теплопроводности сосны и ели поперек волокон ?=0,17 Вт/(м•°С).

Далее:
R2=0,005/0,031=0,161 м? •°С/Вт, сопротивление теплопередаче фольгированного вспененного полиэтилена;
R3=0,02/0,17=0,117 м? •°С/Вт, — сопротивление теплопередаче внутренней деревянной обшивки.
R4=0,14м? •°С/Вт х 2=0,28м? •°С/Вт — сопротивление вентиляционного зазора
между отделкой и пароизоляцией, принимается 0,14 для толщины зазора 0,02 м и с коэффициентом 2, так как имеется отражение лучевой энергии фольгой.

Сопротивление теплопередаче самого утеплителя должно быть
Rут=R-Rк=3,342 — 1,734= 1,608м? •°С/Вт,

Расчетная толщина утеплителя минеральная вата
? расч. =1,608х0,045 = 0,072 м.

С учетом того, что стена располагается с северовосточной стороны, уточняем толщину утеплителя — к полученному значению расчетной толщины добавляется поправочное значение ? расч.х0,1,

? утепл. = 0.072+ 0,072х0,1= 0,079 м.

Мы узнали толщину утепления для бани (согласно СП 23-101-2004″Проектирование тепловой защиты зданий»), расположенной в относительно прохладном районе. Сама же баня, на первый взгляд с достаточно теплыми стенами, но расчет показал, что необходимо дополнительное утепление, для чего применяется минеральная вата толщиной 8 см.

Данные СНиП о сопротивлении теплопередаче ограждающих конструкций

Требуемое сопротивление теплопередаче для стен жилых зданий в городах и областях России

Внимание, что бы узнать приблизительное значение:

• для потолочных перекрытий и крыш, перекрытий над проездами и другими не огражденными участками (на сваях..), необходимо данные умножить на 1,5;
• для перекрытий над подвалами, неотапливаемыми подпольями, полов по грунту – данные умножить на 1,3[/i]

Значение паропроницаемости для различных строительных материалов

Какие данные нужны для расчета толщины утеплителя?

Размер слоя изоляции зависит от теплового сопротивления материала. Этот показатель является величиной, обратной теплопроводности. Каждый материал — дерево, металл, кирпич, пенопласт или минвата обладают определенной способностью передавать тепловую энергию. Коэффициент теплопроводности высчитывается в ходе лабораторных испытаний, а для потребителей указывается на упаковке.

Если материал приобретается без маркировки, можно найти сводную таблицу показателей в интернете.

Возможные проблемы, связанные с выбором неправильной толщины утеплителя

Продумывая, но не производя расчет толщины утеплителя фасадной части помещений, многие хозяева действуют по принципу: больше-лучше. Некоторые из них угадывают с толщиной слоя и вряд ли столкнуться с проблемами в дальнейшем. Однако возможны два варианта, когда она была выбрана неверно:

• Слой слишком большой
• Слой слишком маленький

Слой теплоизоляции слишком большой

Один из самых распространенных принципов «больше-лучше» неверен. Увеличение толщины, как правило, не приносит никакой экономической выгоды. Часть вложенных денежных средств в материалы будут потрачены напрасно.

Для каждого теплоизоляционного материала можно выделить оптимальный слой, который практически не пропускает воздушные потоки. Достигнув его, стены перестают дышать. Возможно образование конденсата, который будет разрушать строительные материалы. При этом внутренняя обстановка внутри помещения не изменится.

Слой теплоизоляции слишком маленький

Точка росы – понятие, с которым должен быть знаком каждый, кто начинает строительные работы. Она показывает, в каком именно месте начнется выделение конденсата межу двумя пространствами с различными температурами: внутренним и наружном.

Если толщина утеплителя будет меньше оптимальной, точка росы расположится внутри стены. Образование в ней влаги начнет вызывать внутренние разрушения, появление грибков и плесени. Если фасад оформлен и не моет быть дополнительно утеплен, потребуются дополнительные вложения на специальное осушительное оборудование. Последнее повлечет увеличение трат на электроэнергию и т. д.

Произвести расчет толщины утеплителя, ознакомившись с различными инструкциями и документами, способен каждый. Пренебрегать этим этапом нельзя, а по возможности следует проконсультироваться и даже попросить непосредственной помощи у специалиста. Затраченные время и средства незаметно, но очень быстро окупятся.

Производить расчет утеплителя рекомендуется в ситуациях, когда еще не были закуплены рабочие материалы. Сравнив различные их разновидности, можно выбрать самые подходящие варианты.

Почему важно правильно рассчитать показатели утепления?

Теплоизоляция устанавливается для сокращения потерь энергии через стены, пол и крышу дома. Недостаточная толщина утеплителя приведет к перемещению точки росы внутрь здания. Это означает появление конденсата, сырости и грибка на стенах дома. Избыточный слой теплоизоляции не дает существенного изменения температурных показателей, но требует значительных финансовых затрат, поэтому является нерациональным. При этом нарушается циркуляция воздуха и естественная вентиляция между комнатами дома и атмосферой. Для экономии средств с одновременным обеспечением оптимальных условий проживания требуется точный расчет толщины утеплителя.

Характеристики различных материалов

Значение нормируемого сопротивления теплопередаче наружной стены зависит от региона РФ, в котором расположена постройка.

Необходимый слой теплоизоляционного материала, определена исходя из следующих условий:

• наружная ограждающая конструкция здания – полнотелый керамический кирпич пластического прессования толщиной 380 мм;
• внутренняя отделка – штукатурка цементно-известковым составом толщиной 20 мм;
• наружная отделка – слой полимерцементной штукатурки, толщина слоя 0,8 см;
• коэффициент теплотехнической однородности конструкции равен 0,9;
• коэффициент теплопроводности утеплителя — λА=0,040; λБ=0,042.

Как рассчитать толщину утепления крыши и чердака

Формулы расчета сопротивления для крыш используют те же, но минимальное термосопротивление в этом случае немного выше. Неотапливаемые чердаки укрывают насыпным утеплителем. Ограничений по толщине здесь нет, поэтому рекомендуется увеличивать ее в 1,5 раза относительно расчетной. В мансардных помещениях для утепления крыши используют материалы с низкой теплопроводностью.

На досуге

Теплотехнический расчет систем отопления

Необходимость теплотехнического расчета систем отопления (а также других элементов и конструкций) возникает в случае проведения капитального ремонта и модернизации зданий.

Актуальность проведения таких работ на объектах повысилась последние годы в связи с большим износом зданий, построенных ещё в советские годы. Системы отопления, которыми здания оснащались еще десять лет назад, и оснащаются до сих пор, устроены таким образом, что не позволяют эффективно распределять объем тепла между этажами и отдельными элементами систем внутри здания.

Простыми словами, на некоторых участках системы отопления может отдаваться чрезмерно много тепла, а на других недостаточно. В итоге часть квартир получает переизбыток, который позволяет жильцам жить с открытыми форточками даже зимой. И наоборот — некоторые квартиры замерзают, потому что им приходит недостаточно тепла.

Устранить эти недостатки позволит теплотехническая и тепловизионная съемка конструкций зданий и сооружений http://www.disso.spb.ru/?item=9 .

На первом этапе производятся замеры — выполняется съемка и специалисты-инженеры получают примерно вот такую карту. Она показывает участки с разным тепловым режимом зданий по позволяет зафиксировать имеющиеся дефекты.

Следующий шаг проведение теплотехнического расчета, позволяющего решить вопрос с равномерными распределением тепла в доме. На каждом объекте эта задача решается по-разному. В ряде случаев необходимо утеплять дом — проводить обшивку с изоляцией. В других случаях необходима балансировка систем отопления, модернизация действующих инженерных систем от ИТП.

Теплотехническая съемка позволит выявить дефекты отопления и указать инженерам и проектировщикам, какие именно конструктивные элементы требуют перерасчета. В дальнейшем производится модернизация с использованием современных технологий и современного отопительного оборудования.

Дата: Февраль 25th, 2014

При выборе радиаторов стоит учесть все факторы воздействия на них.

Поддержание комфортного температурно-влажностного режима в помещениях жилого или иного назначения в климатических условиях нашей страны невозможно без систем обогрева. Наибольшее распространение получили схемы с промежуточным теплоносителем, которые могут быть как централизованными, так и автономными.

Конечными устройствами в таких системах являются отопительные приборы, осуществляющие теплообменные процессы в помещениях.

Вопрос: как подобрать радиаторы отопления с учетом всех факторов – достаточно сложен и требует подробного рассмотрения.

Характеристики строительных материалов и коэффициент теплопроводности

Утепление дома минеральной ватой

Многие строительные фирмы предлагают услуги по расчёту термоизоляции, но у этого есть своя цена, которую вам придётся дополнительно покрывать, кроме работы и материала. Чтобы разобраться, как рассчитать толщину утеплителя, вам вовсе не обязательно получать специальное образование, для этого просто можно воспользоваться готовыми формулами, подставив в них необходимые значения.

К тому же, любой производитель утеплителя указывает в документах коэффициент теплопроводности материала.

Расчёт толщины теплоизоляции

Утепление лоджии экструзионным пенополистиролом

• Чтобы рассчитать, какой толщиной должен быть утеплитель, нам нужно определить число R, которое означает необходимое теплосопротивление для каждого отдельно взятого региона или местности. Также мы обозначим толщину слоя буквой p (в метрах), а буквой k мы обозначим коэффициент теплопроводности. Значит, тепловое сопротивление или толщину слоя (пол, стена, потолок) мы будем рассчитывать по формуле R=p/k.

Примеры термоизоляционных расчетов

Теплоизоляция с отделкой в разрезе

• Итак, как мы уже говорили, определение толщины утеплителя будет зависеть от климатических условий вашего региона или даже небольшой местности. Допустим, для южных регионов России мы возьмём необходимый коэффициент теплового сопротивления для потолка – 6 (м 2 *k/Вт), для пола – 4,6 (м 2 *k/Вт) и для стен – 3,5 (м 2 *k/Вт). Теперь, имея на руках региональные показатели, нам необходимо привести в соответствие с ними и толщину термоизоляции.
• На рисунке вверху вы видите стену в полтора кирпича, толщина которой имеет 0,38м, также нам известен коэффициент теплопроводности этого материала – 0,56. Значит R_{кирпичной стены}=p/k=0,38/0,56=0,68. Но нам необходимо в общем достичь цифры 3,5 (м 2 *k/Вт), тогда R_{минеральной ваты}=R_общее-К_{кирпичной стены}=3,5-0,68=2,85 (м 2 *k/Вт). А вот сейчас, зная основную формулу, определяем, какая нам нужна толщина утеплителя урса (минеральной ваты).
• Сейчас мы можем использовать калькулятор толщины утеплителя (очень много в интернете), но можем это сделать своими руками – так будет точнее: p_{минеральной ваты}=R*k=2,85*0,07=0,1995. Значит, необходимая толщина такого термоизолятора будет составлять 199,5 мм, то есть – 200 мм. Но, опять же, вам нужно обращать внимание на коэффициент теплопроводности покупаемого материала.

Утепление потолка пенопластом

• Точно таким же способом определяется и толщина пенопласта для утепления дома, так давайте попробуем рассчитать этот материал для потолка. Допустим, у нас перекрытие будет из железобетонной плиты, толщиной 200 мм, тогда R_жби=p/k=0,2/2=0,1 (м 2 *k/Вт). Теперь p_{пенопласта}=R_{потолка}-R_жби=6-0,1=5,9. Как видите, бетон практически не греет и потолок вам придётся утеплять шестью слоями 100 мм-ого пенопласта, что, в принципе, неприемлемо, но это расчёт в чистом виде, а ведь там, помимо ЖБИ ещё будет штукатурка, доски и тому подобное.
• По этим же формулам рассчитывается и толщина утеплителя для пола, хотя, в общем, утеплитель толщиной 30 мм в таких случаях оказывается достаточным (с учётом того, что пол деревянный). Эти же параметры действенны для лоджий и балконов, если вы хотите получить там микроклимат, сходный с комнатной температурой.

Совет. Рассчитывая толщину утеплителя, вам следует обратить внимание и на другие его свойства, такие как устойчивость к влаге или к активной химической среде.
Дело в том, что вам, возможно, придётся использовать паропроницаемые плёнки, ветробарьеры и/или гидроизоляцию, а эти материалы тоже способствуют утеплению зданий.

О популярных термоизоляторах

Виды минеральной ваты

• Минеральная вата для утепления производится в рулонах или в матах (см. фото вверху), при этом ширина рулонов может составлять либо 600, либо 1200 мм, а маты имеют обычно 1000X600 мм. Толщина такого термоизолятора может от 20 до 200 мм, к тому же одну сторону материала иногда покрывают алюминиевой фольгой, что резко снижает теплопроводность.
• К тому же, минеральная вата подразделяется на каменную вату, шлаковату и стекловату, а каждая из разновидностей имеет свой коэффициент теплопроводности, указанный производителем на маркировке. Такую изоляцию используют наиболее часто при строительстве зданий, но она боится влаги (вымываются связующие элементы).

Совет. При использовании минеральной ваты для изоляции зданий следите за тем, чтобы она не сминалась, потому что при этом будут утеряны полезные свойства.
Для монтажа материала пользуйтесь защитными средствами (перчатки, очки, респиратор).

Пенопласт для термоизоляции зданий

• Не менее популярным материалом можно назвать пенопласт для утепления, который более удобен в монтаже, так как имеет твёрдую структуру. Толщина материала бывает от 20 до 100омм, а по периметру панель имеет 1000×1000 мм. Из-за разной плотности и толщины такой утеплитель имеет разный коэффициент, но это указывается в маркировке заводом-изготовителем.
• Пенопласт горит, а при температуре от 75⁰c-80⁰C начинается деструкция и он выделяет фенолы, что опасно для здоровья. Чаще всего его используют в комплекте с негорючей облицовкой. Так же, панели плотностью 25 кг/см 2 можно шпаклевать и штукатурить. Ещё используют очень похожий, но имеющий большую плотность, пеноплекс (экструдированный пенополистирол), который не горит, но тлеет и выделяет токсины.

• Очень часто для пола и утепления потолка в доме со стороны чердака используют керамзит – инструкция позволяет его применение также и для стен для колодцевой кладки. Материал достаточно лёгок (по сравнению с другими стройматериалами), но впитывая влагу, очень долго её отдаёт. Поэтому для него нужна гидроизоляция.