Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций

Базой для деятельности специалистов в строительной индустрии являются разнообразные государственные стандарты, системы норм и правил, разработанные наиболее квалифицированными профессионалами отрасли. Их актуальность не умаляется с годами. Более того, поиск неординарных архитектурных и дизайнерских решений делает их еще более необходимыми, так как даже самая оригинальна постройка должна быть в первую очередь пригодной для эксплуатации и удовлетворять требования современного человека. Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции – один из ключевых параметров, который во многом влияет на санитарно-гигиенические и эксплуатационные характеристики архитектурных объектов. В этой статье мы расскажем вам о методике расчета данного и сопутствующих параметров, а также об актуальности данного вопроса в целом.

Актуальность вопроса

Необходимо отметить, что здание по своей сути являет собой ни что иное, как замкнутый объем пространства, которые отделен от внешней среды при помощи разного типа ограждений. Внутренняя среда будет комфортной и пригодной для работы и проживания в том случае, если там будет царить определенный микроклиматический режим. Составляющими микроклимата любого помещения считают относительную влажность, а также температуру воздушного пространства, находящихся в состоянии непрерывной динамики, даже если человек практически не ощущает изменений среды. В нашей стране из-за определенной специфики климата теплообмен особенно активизируется в холодное время года, так как возникает существенный диссонанс между температурами снаружи и внутри помещений.

Сквозь наружные ограждающие конструкции объект выпускает тепловую энергию наружу. Однако, утраты компенсируются благодаря поступлениям энергии из отопительной системы, а также за счет незначительных по своей сути тепловыделений в быту и воздействия солнечной радиации. Таким образом, расчет требуемого сопротивления теплопередаче стен – очень важный этап в проектировании любого здания.

Подготовка к расчетам

Прежде, чем приступить к непосредственным расчетам параметров, необходимо изучить теоретические аспекты в таких вопросах, как:

• особенности климатической зоны;
• методология создания климатических карт;
• нормирование теплозащиты и прочее.

Информация, которая понадобится вам при выполнении расчетов, в простой и понятной форме представлена в учебно-методических изданиях для студентов строительных специальностей.

Особенное внимание стоит уделить нормативной документации, в рамках которой специалисты объясняют при помощи каких формул и заданных коэффициентов найти требуемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций в каждом отдельном случае. Речь идет о таких документах, как:

• СТО 00044807-001-2006 – это стандарт по определению теплозащитных свойств перегородок и стен, который разработали члены известного всероссийского общества профессиональных инженеров, а именно – РОИС;
• СП 23-101-2004 – в данном случае это перечень правил, который затрагивает нашу тему в контексте проектирования, а также возведения зданий в целом;
• СНиП 23-02-2003 – данный свод норм недавно доработан и получил новое имя – «Тепловая защита зданий»;
• ГОСТ Р 54851-2011 – общероссийский нормативный документ, раскрывающий тему схемы и методики, по которой можно узнать приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций.

Вооружившись нормативной документацией, обозначенной выше, вы всегда сможете найти ответ на любой возникший в процессе работы вопрос и нормируемые значения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций.

Разнообразие объектов

Условия климата, требуемые эксплуатационные свойства будущего помещения и прочее – все это влияет на то, по какой из конкретных методик будет осуществляться расчет основных показателей. Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций стоит выбирать, опираясь на специфику конкретных перегородок или же стен. Рассматривая ограждения как специалист-теплотехник, их можно классифицировать следующим образом:

• одно-;
• двух-;
• трехслойные.

Выбор в пользу того или иного вида осуществляется в соответствии с максимальным количеством градусо-суток, за которые конструкция способна обеспечить требуемый уровень теплозащиты архитектурного объекта.

Наиболее популярным решением в отечественной строительной индустрии являются однослойные ограждения. Это обусловлено простотой их сооружения, а также невысокой стоимостью используемых строительных материалов. Рассматривая вариант возведение их двухслойных аналогов, стоит учесть, что конструкционно они предполагают наличие несущего элемента, которым, как правило, выступают монолиты из бетона, кирпича и железобетона, а также слоя с высокими теплоизоляционными показателями. Стоимость их возведения на порядок выше, однако, и свойства улучшены пропорционально. Говоря о трехслойных вариантах, стоит отметить, что строительство таких конструкций открывает широкие возможности в плане выбора материалов. Такие конструкции максимально прочны и долговечны.

Что отражает и чем важен параметр?

Суть приведенного сопротивления передаче тепла являет собой ключевую теплозащитную характеристику любого типа наружного ограждения здания. Базисом, на котором строится система расчета данного показателя традиционно является средней величины площадь плотности потока тепла, который в заданных индивидуальных условиях проходит сквозь ограждение.

Специалисты предлагают предварительно рассчитывать температурные поля, соответственно ограждению, двух-, трех- или одномерного типа. Наиболее равномерный показатель теплоотдачи присутствует у тех многослойных сегментов ограждения, которые одновременно обладают однородными конструктивными, теплоизолирующими и другими типами слоев. Кроме того, описанные слои должны быть размещены строго перпендикулярно в отношении вектора движения тепла. Сопротивление теплопередаче именно на таких участках называют условным, а также характеризируют по глади.

Между тем, несмотря на наличие однородных, практически идеальных, сегментов заграждений, зачастую специалистам приходится иметь дело с неоднородными сегментами. Их наличие обусловлено рядом факторов:

• специфика конструкции оболочки объекта;
• тип примыкания ограждений объекта внутреннего и наружного типа и т.д.;
• категория наружного ограждения.

Возникающие неоднородности теплотехнического характера, как правило, обладают линейным характером. К сегментам неоднородности относят все виды углов между ограждениями, места примыкания стен и перекрытий, стыки ограждений с подвалами и первым этажом, а также точки соединения соседствующих панелей и многое другое. Требуемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций определяется через перерасчет на ЭВМ полей температуры двухмерного стационарного типа.

Говоря о многослойных ограждениях, стоит отметить, что специалисты, обеспечивая объективность и достоверность подсчетов, вводят целую систему связей между шарами облицовки. К облицовочным слоям относят соединительные ребра, а также шпонки и гибкие и перфорированные стержневые связи. Неоднородности в данном случае представлены в виде перекрытия и покрытия первых этажей, примыкания откосов, стыков углов стен.

Таким образом, расчет приведенного сопротивления теплопередаче предполагает учет не только однородных слоев, но и неизменно возникающих сегментов неоднородности теплообмена, которые могут существенно снизить теплоизоляционные показатели зданий.

Категории сопротивления

Государственные стандарты и своды правил предлагают нам формулы, ко которым можно рассчитать такие типы сопротивления, как нормативное, термическое и приведенное.

При нормировании защиты здания от теплопотерь следует учитывать, что здание должно соответствовать требованиям двух из трех стандартных параметров, а именно:

• удельное количество энергии тепла, которое идет в расход в процессе отопления архитектурного объекта;
• приведенное сопротивление передаче тепловой энергии на определённых участках ограждающих конструкций;
• санитарно-гигиенический.

Особенное внимание следует уделить последнему параметру, так как соответствие здание его требованиям является обязательным. По своей сути санитарно-гигиенический параметр представляет собой перепад температурного режима внутренней и внешней среды помещений, а также превышение температуры внутри здания точки росы.

Расчет нормативного параметра

Определение сопротивления в данном случае предполагает расчет градусо-суток периода отопления. Его можно узнать через умножение количества суток отопительного сезона на разность усредненной температуры внутри здания за год и соответствующего параметра внешней среды.

В данном случае используется формула типа D_d=(t_int-t_ht)Z_ht.Само же нормативное сопротивление исчисляется по другой формуле, а именно – R_req=aD_d+b. То есть предполагается суммирование коэффициента b, стандартное обозначение которого приведено в СНиП 23-02-2003, и произведения полученных градусо-суток отопительного сезона с коэффициентом, значение которого также можно узнать из СНиПа, упомянутого выше. Необходимые коэффициенты приведены в таблице под номером 4.

Важно понимать, что при проектировании зданий нельзя пренебрегать определением нормативного сопротивления. Это обусловлено тем, что данный параметр существенно влияет на выбор технологии строительства, тип и количество используемых материалов, а также продолжительность процесса сооружения здания.

Расчет сопротивления теплоотдачи стен

В связи с тем, что температура воздуха во внешней и внутренней среде помещений отличается, теплообмен между ними происходит непрерывно. В процессе прохождения потока тепла происходит снижения уровня температуры. Причиной тому является сопротивление теплопередаче, которые в свою очередь разделяется различные типы сопротивления, возникающие при трех категориях условий:

• в процессе перехода тепловой энергии на внутреннюю поверхность конструкции от воздуха внутри помещения. Специалисты называют его сопротивлением тепловосприятию и опознают через R_si, который вызывает спад температуры;
• при прохождении тепловой энергии сквозь толщу ограждающей конструкции. В данном случае предполагается термическое сопротивление, традиционно обозначающееся через R;
• в момент перехода теплоты непосредственно с наружной поверхности стены в воздушное пространство внешней среды. Тут используется обозначение R_se.

Формульное выражение реального сопротивление объекта будет выражено через формулу R₀=R+R_si+R_se. Кроме того, существует и понятие сопротивления теплопереходу, который объединяет теплоотдачу поверхностей одновременно и внутри, и снаружи. Подробные и вполне понятные руководства для исчисления сопротивления теплоотдачи любого типа ограждений, будь то стенки или перегородки, можно найти в государственных стандартах, а также прочих нормативных документах, упомянутых выше.

В процессе проектирования зданий важно всегда помнить о том, что на его качество и эксплуатационные характеристики влияет целый комплекс факторов, среди которых возможность сохранения тепла и, к примеру, вентиляции помещений занимают далеко не самое последнее место. Это утверждение, по сути, является справедливым для любого из обозначенных в нормативной документации факторов. Кроме того, расчет приведенного сопротивления теплопередаче стен и сопутствующих показателей помогут подобрать оптимальные условия для будущего объекта, выбрать лучшие стройматериалы и соорудить дом, который простоит десятки лет.