нормативная теплопроводность наружной стены

Расчет толщины для наружных стен жилого дома

Часть 1. Сопротивление теплопередаче – первичный критерий определения толщины стены

Чтобы определится с толщиной стены, которая необходима для соответствия нормам энергоэффективности, рассчитывают сопротивление теплопередаче проектируемой конструкции, согласно раздела 9 «Методика проектирования тепловой защиты зданий» СП 23-101-2004.

Сопротивление теплопередаче – это свойство материала, которое показывает, насколько способен удерживать тепло данный материал. Это удельная величина, которая показывает насколько медленно теряется тепло в ваттах при прохождении теплового потока через единичный объем при перепаде температур на стенках в 1°С. Чем выше значение данного коэффициента – тем «теплее» материал.

Все стены (несветопрозрачные ограждающие конструкции) считаются на термоспротивление по формуле:

δ – толщина материала, м;

Полученную величину R_общ сравнивают с табличным значением в СП 23-101-2004.

Чтобы ориентироваться на нормативный документ необходимо выполнить расчет количества тепла, необходимого для обогрева здания. Он выполняется по СП 23-101-2004, получаемая величина «градусо·сутки». Правила рекомендуют следующие соотношения.

Таблица 1. Уровни теплозащиты рекомендуемых ограждающих конструкций наружных стен

Сопротивление теплопередаче (м 2 ·°С/Вт) / область применения (°С·сут)

Двухслойные с наружной теплоизоляцией

Трехслойные с изоляцией в середине

С невентили- руемой атмосферной прослойкой

С вентилируемой атмосферной прослойкой

Керамзитобетон (гибкие связи, шпонки)

Блоки из ячеистого бетона с кирпичной облицовкой

Полученные результаты необходимо сверить с нормами п. 5. СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».

Также следует учитывать климатические условия зоны, где возводится здание: для разных регионов разные требования из-за разных температурных и влажностных режимов. Т.е. толщина стены из газоблока не должна быть одинаковой для приморского района, средней полосы России и крайнего севера. В первом случае необходимо будет скорректировать теплопроводность с учетом влажности (в большую сторону: повышенная влажность снижает термосопротивление), во втором – можно оставить «как есть», в третьем – обязательно учитывать, что теплопроводность материала вырастет из-за большего перепада температур.

Часть 2. Коэффициент теплопроводности материалов стен

Коэффициент теплопроводности материалов стен – эта величина, которая показывает удельную теплопроводность материала стены, т.е. сколько теряется тепла при прохождении теплового потока через условный единичный объем с разницей температур на его противоположных поверхностях в 1°С. Чем ниже значение коэффициента теплопроводности стен – тем здание получится теплее, чем выше значение – тем больше придется заложить мощности в систему отопления.

По сути, это величина обратная термическому сопротивлению, рассмотренному в части 1 настоящей статьи. Но это касается только удельных величин для идеальных условий. На реальный коэффициент теплопроводности для конкретного материала влияет ряд условий: перепад температур на стенках материала, внутренняя неоднородная структура, уровень влажности (который увеличивает уровень плотности материала, и, соответственно, повышает его теплопроводность) и многие другие факторы. Как правило, табличную теплопроводность необходимо уменьшать минимум на 24% для получения оптимальной конструкции для умеренных климатических зон.

Часть 3. Минимально допустимое значение сопротивления стен для различных климатических зон.

Минимально допустимое термосопротивление рассчитывается для анализа теплотехнических свойств проектируемой стены для различных климатических зон. Это нормируемая (базовая) величина, которая показывает, каким должно быть термосопротивление стены в зависимости от региона. Сначала вы выбираете материал для конструкции, просчитываете термосопротивление своей стены (часть 1), а потом сравниваете с табличными данными, содержащимися в СНиП 23-02-2003. В случае, если полученное значение окажется меньше установленного правилами, то необходимо либо увеличить толщину стены, либо утеплить стену теплоизоляционным слоем (например, минеральной ватой).

Согласно п. 9.1.2 СП 23-101-2004, минимально допустимое сопротивление теплопередаче R_о (м 2 ·°С/Вт) ограждающей конструкции рассчитывается как

R₁=1/α_вн, где α_вн – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м 2 × °С), принимаемый по таблице 7 СНиП 23-02-2003;

R₃ – общее термосопротивление, расчет которого описан в части 1 настоящей статьи.

При наличии в ограждающей конструкции прослойки, вентилируемой наружным воздухом, слои конструкции, расположенные между воздушной прослойкой и наружной поверхностью, в этом расчете не учитываются. А на поверхности конструкции, обращенной в сторону вентилируемой воздухом снаружи прослойки, следует принимать коэффициент теплоотдачи α_внеш равным 10,8 Вт/(м 2 ·°С).

Таблица 2. Нормируемые значения термосопротивления для стен по СНиП 23-02-2003.

Жилые здания для различных регионов РФ

Градусо-сутки отопительного периода, D, °С·сут

Астраханская обл., Ставропольский край, Краснодарский край

Белгородская обл., Волгоградская обл.

Алтай, Красноярский край, Москва, Санкт Петербург, Владимирская обл.

Источник

Нормируемое сопротивление теплопередаче по СНиП – таблица

Чтобы построить теплый дом – требуется утеплитель. Против этого уже никто не возражает. В современных условиях построить дом, отвечающий требованиям СНиП, без применения утеплителя невозможно.

То есть, деревянный или кирпичный дом, конечно, построить возможно. И строят все также. Однако чтобы соответствовать требованиям Строительных Норм и Правил, его коэффициент сопротивления теплопередаче стен R должен быть не менее 3,2. А это 150 см обычной кирпичной стены.

Для чего, спрашивается, строить «крепостную стену» в полтора метра, когда можно для получения такого же показателя R=3,2 использовать всего 15 см высокоэффективного утеплителя – базальтовой ваты или пенопласта?

А если вы проживаете не в Подмосковье, а в Новосибирской области или в ХМАО? Тогда для вас коэффициент сопротивления теплопередаче для стен будет другим. Каким? Смотрите таблицу.

Таблица 4. Нормируемое сопротивление теплопередаче СНиП 23-02-2003 (текст документа):

Внимательно смотрим и комментируем. Если что-то непонятно, задаем вопросы через ФОРМУ СВЯЗИ или пишем в адрес редактора сайта – ответ будет у вас на электронной почте или в разделе НОВОСТИ.

Итак, в данной таблице нас интересует два вида помещений – жилые и бытовые. Жилые помещения, это, понятно, в жилом доме, который должен соответствовать требованиям СНиП. А бытовые помещения — это утепленные и отапливаемые баня, котельная и гараж. Сараи, кладовые и прочие хозяйственные постройки утеплению не подлежат, а значит, и показателей по теплосопротивлению стен и перекрытий для них нет.

Все требования, регламентирующие приведенной сопротивление теплопередаче по СНиП, разделяются по регионам. Регионы отличаются друг от друга продолжительностью отопительного сезона в холодное время года и предельными отрицательными температурами.

Таблицу, в которой указаны градусо-сутки отопительного сезона для всех основных городов России, можно увидеть в конце материала (Приложение 1).

Для примера, Московская область относится к региону с показателем D = 4000 градусо-суток отопительного периода. Для этого региона установлены следующие показатели СНиП сопротивления теплопередаче (R):

Чтобы сделать расчет толщины утеплителя, используем формулу расчета и таблицу для основных утеплителей, применяемых в строительстве. Все эти материалы есть на нашем сайте – доступны при переходе по ссылкам.

С расчетами по стоимости утепления все предельно просто. Берем сопротивление стены теплопередаче и подбираем такой утеплитель, который при своей минимальной толщине будет устраивать нас по бюджету и вписываться в требования СНиП 23-02-2003.

Смотрим теперь градусо-сутки отопительного сезона для своего города, в котором вы проживаете. Если вы живете не в городе, а рядом, то можете использовать значения на 2-3 градуса выше, так как фактическая зимняя температура в крупных городах на 2-3 градуса выше, чем в области. Этому способствуют большие теплопотери на теплотрассах и выброс тепла в атмосферу тепловыми электростанциями.

Таблица 4.1. Градусо-сутки отопительного сезона для основных городов РФ (Приложение 1):

Чтобы использовать данную таблицу в расчетах, где фигурирует нормируемое сопротивление теплопередаче, можно взять средние значения внутренней температуры помещений в +22С.

Но тут уж, как говорится, на вкус и цвет – кто-то любит, чтобы было тепло и ставит регулятор по воздуху своего газового котла на +24С. А кто-то привык жить в более прохладном доме и держит температуру помещений на уровне в +19С. Как видите, чем прохладнее постоянная температура в помещении, тем меньше у вас уходит газа или дров на отопление своего дома.

Кстати, доктора нам говорят, что жить в доме при температуре +19С гораздо полезнее, чем при +24С.

Источник

Теплотехнические характеристики ограждающих конструкций зданий. Ч. 2. Российские принципы нормирования

А. С. Горшков, канд. техн. наук, директор учебно-научного центра «Мониторинг и реабилитация природных систем» ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»

Описав 1 методы расчета и принципы нормирования теплотехнических характеристик наружных ограждающих конструкций зданий в европейских странах на примере Финляндии, перейдем к оценке таковых в России. Также покажем различие методов, принятых в Российской Федерации и странах Европейского союза.

Российской Федерации в части нормирования уровня теплоизоляции наружных ограждающих конструкций действует СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02–2003» (далее – СП 50.13330).

Теплозащитная оболочка здания, согласно требованиям СП 50.13330 (п. 5.1), должна отвечать следующим требованиям:

Фактором, оказывающим наибольшее влияние на потребление в зданиях тепловой энергии на отопление, является обеспечение поэлементных требований (требований первой группы), которые аналитически можно выразить в виде условия (8) (см. Формулы).

При этом нормируемое значение приведенного сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции следует определять по формуле (9), где коэффициент m_p, учитывающий особенности региона строительства, принимается равным 1. При этом допускается снижение значения коэффициента m_p в случае, если выполняется расчет удельной характеристики расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания. Значения коэффициента m_p при этом должны быть не менее:

По сути, с введением коэффициента m_p копируется принцип нормирования, заложенный в СНиП 23-02–2003 «Тепловая защита зданий».

Изменение в России требований к уровню тепловой защиты зданий

В табл. 3 СП 50.13330 приводятся базовые значения требуемого сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций. Табл. 3 полностью копирует требования, отраженные в табл. 4 СНиП 23-02–2003. Несмотря на практически полную идентичность табл. 4 СНиП 23-02–2003 и табл. 3 СП 50.13330, нормируемые требования к уровню тепловой защиты в СП 50.13330 оказались ниже аналогичных требований СНиП 23-02–2003.

Различие обусловлено тем, что вместе с актуализацией СНиП 23-02–2003 был актуализирован и СНиП 23-01–99* «Строительная климатология». В СНиП 23-02–2003 при определении климатических параметров отопительного периода последние принимаются по СНиП 23-01–99*, в СП 50.13330 – по СП 131.13330.2012 «Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01–99*» (далее – СП 131.13330).

В результате изменений расчетных климатических параметров изменилось расчетное значение ГСОП для жилых зданий, проектируемых в Москве, которое до введения СП 50.13330 принималось равным 4 943 0 С•сут. (СНиП 23-01–99*), а с 1 июня 2015 года согласно СП 131.13330 принимается равным 4 551 0 С•сут.

Ввиду изменения ГСОП изменились и нормативные требования к уровню нормируемого сопротивления теплопередаче (табл. 4). Как следует из табл. 4, современные нормативные требования к уровню тепловой защиты оказались незначительно, но ниже требований 2003 года (т. е. СНиП 23-02–2003) и 1995 года (табл. 1 б СНиП II 3–79* «Строительная теплотехника»).

Нормативные требования к уровню тепловой защиты основных типов ограждающих конструкций, рассчитанные по формуле (9) с учетом понижающего коэффициента m_p для климатических условий Москвы, представлены в табл. 5.

Сравнение требований к уровню теплоизоляции в Финляндии и Москве

Безусловно, в связи с тем, что расчетное значение приведенного сопротивления теплопередаче должно быть равно или выше нормируемого значения, небольшое снижение нормируемых показателей не должно оказать существенного влияния на выбор толщины теплоизоляционного слоя в составе наружных ограждающих конструкций. Однако если сравнить тренд изменения нормативных требований к уровню теплоизоляции ограждающих конструкций зданий, принятый в Финляндии 3 и России (на примере Москвы), сравнение оказывается не в пользу последней.

Сравнительный анализ минимально допустимых нормативных требований к уровню теплоизоляции ограждающих конструкций зданий, проектируемых на территории Финляндии и Москвы, представлен в табл. 6, из которой очевидно, что различия в уровне теплоизоляции ограждающих конструкций, принятые в Финляндии и России, существенны.

Трансмиссионные затраты тепловой энергии

В работах [1, 2] выполнено сравнение трансмиссионных затрат тепловой энергии через оболочку жилого многоквартирного здания при нормировании уровня теплоизоляции ограждающих конструкций по стандартам Финляндии и России. Показано, что трансмиссионные потери тепловой энергии в здании, проектируемом по нормам России, окажутся приблизительно в 2 раза выше по сравнению с потерями в том же здании, проектируемом по нормам Финляндии. И это при соблюдении одних и тех же требований к параметрам микроклимата внутреннего воздуха, при одинаковых площадях здания, его форме, ориентации фасадов по сторонам света, расчетном количестве жителей, величине бытовых и солнечных теплопоступлений, составе инженерного оборудования, кратности воздухообмена помещений.

Различия в методических подходах России и Финляндии

Следует, однако, иметь в виду различия в методическом подходе при расчете сопротивления теплопередаче по стандартам Финляндии и России. В России нормируется так называемое приведенное сопротивление теплопередаче, которое рассчитывается по формуле (10). Данная формула учитывает потери не только по глади ограждающей конструкции, но также через линейные и точечные неоднородности, имеющие место в ее составе. С позиции подхода, принятого в СП 50.133330, в Финляндии нормируется условное сопротивление теплопередаче. Поэтому сравнивать две эти величины (условное и приведенное сопротивление теплопередаче) в общем случае некорректно. Приведенное сопротивление теплопередаче зависит не только от толщины слоя теплоизоляции, но и от теплопроводных включений (их состава, свойств, количества, протяженности).

Главное отличие российского и европейского подходов состоит в том, что по нормам ЕС толщина слоя теплоизоляции подбирается на основании простых аналитических выражений, а трансмиссионные потери рассчитываются с учетом теплопроводных включений, т. е. требуемая толщина слоя теплоизоляции не зависит от состава и свойств теплопроводных включений. В российском подходе нормируется приведенное сопротивление теплопередаче, которое одновременно учитывает и толщину слоя теплоизоляции, и влияние теплопроводных включений.

Минимальная толщина слоя минераловатной теплоизоляции в наружных стенах зданий, проектируемых в Финляндии, составляет 250 мм, а чаще доходит до 350 мм. В Москве толщина слоя теплоизоляции из минеральной ваты 200 мм является максимальной, а чаще всего не превышает 150 мм. Это к вопросу о том, какой подход к нормированию является более корректным с точки зрения минимизации потерь тепловой энергии через ограждающие конструкции. Трансмиссионные потери тепловой энергии через ограждающие конструкции при одном и том же конструктивном решении наружных ограждений, но при большей толщине слоя теплоизоляции окажутся однозначно меньше.

Теплопроводные включения оказывают существенное влияние на потери тепловой энергии через оболочку здания. Их неполный учет может привести к различию расчетных и фактических потерь тепловой энергии через оболочку здания и, как следствие, сказаться на расхождении фактических и расчетных значений удельного энергопотребления введенного в эксплуатацию нового здания.

В работе [3] показано, что расчетный коэффициент теплотехнической однородности r наружной ограждающей конструкции, выполненной кладкой из газобетонных блоков (толщиной 375 мм) с облицовочным каменным слоем из глиняного кирпича (120 мм), составляет 0,61. Соответственно, при условном сопротивлении теплопередаче такой стены 2,99 м 2 • 0 С/Вт, приведенное сопротивление теплопередаче рассматриваемой конструкции наружной стены составит 0,61×2,99=1,81 м 2 • 0 С/Вт. В работе [4] для аналогичного конструктивного решения получено еще более низкое расчетное значение коэффициента теплотехнической однородности r = 0,48. В результате использования при строительстве блоков со сколами и выбоинами и некачественного выполнения строительно-монтажных работ по возведению ограждающих конструкций, коэффициент теплотехнической однородности может оказаться еще ниже расчетного (проектного). В работах 6 показано, что область применения наружных стен, выполненных кладкой из газобетонных блоков без дополнительного утепления теплоизоляционными изделиями, ограничена ГСОП = 4 200 град·сут. При этом такие стены продолжают возводиться не только в Москве и Санкт-Петербурге (с ГСОП около 4 500 °С·сут), но и в более холодных районах Российской Федерации.

Как уже было показано, в СП 50.133330 приведенное сопротивление теплопередаче наружных ограждающих конструкций рассчитывается по формуле (10), которая учитывает не только потери тепловой энергии по глади наружных стен (∑a_iU_i), но также через линейные (∑1_jψ_j) и точечные (∑n_kχ_k) неоднородности. По сравнению с СНиП 23-02-2003 в СП 50.133330 методика расчета приведенного сопротивления теплопередаче является более качественной, но неполной: отсутствуют требования к выбору расчетных участков (фрагментов) ограждающих конструкций, граничных условий, трактовке результатов расчета, программному обеспечению.

Ввиду этого пример расчета приведенного сопротивления теплопередаче фасада жилого здания, представленный в СП 50.133330 (Приложение Н) не может быть количественно проанализирован. Температурные поля рассматриваемых в СП 50.133330 (Приложение Н) узлов конструкции фасада неоднозначно трактуемы и не показательны. Для несветопрозрачных ограждающих конструкций пример расчета представлен только для фасада и только одного вида (стена с теплоизоляционной фасадной системой с тонким штукатурным слоем).

В дополнение к СП 50.13330 были разработаны для добровольного применения СП 230.1325800.2015 Конструкции ограждающие зданий. Характеристики теплотехнических неоднородностей (далее – СП 230.1325800), которые содержат значительно больше узлов и конструктивных решений. Однако, многие конструктивные решения и узлы в СП 230.1325800 также отсутствуют. Например, в нем нет таблиц расчетных значений удельных потерь теплоты через кронштейны вентилируемых фасадов. При том, что данный тип наружных стен является одним из наиболее распространенных вариантов. Кроме того, в СП 230.1325800 значительное внимание уделено наружным стенам и практически не затрагиваются иные ограждающие конструкции (покрытия, чердачные перекрытия, перекрытия над неотапливаемыми подвалами и техподпольями и т. д.).

В реальной практике проектирования СП 230.1325800 получил даже большее применение, чем СП 50.13330. С одной стороны это свидетельствует о более детальной проработке вопроса по учету теплопроводных включений. С другой стороны, отсутствие в СП 230.1325800 значительного количества узлов с теплопроводными включениями ограничивает область действия и этого стандарта. Кроме того, постоянное совершенствование технических решений и применяемых строительных материалов при отсутствии проработанных в СП 230.1325800 узлов ограничивает их область применения или замедляет их использование в строительстве. По этой причине включение новых технических решений и узлов строительных конструкций делает процесс совершенствования нормативной базы по данному вопросу бесконечным.

Недостаточная проработка технических решений и неполный учет влияния потерь тепла через теплопроводные включения (неоднородности в составе ограждающих конструкций), могут приводить к несоответствию расчетных (проектных) и фактических значений сопротивлений теплопередаче ограждающих конструкций. А следовательно, к расхождению расчетных (проектных) и фактических значений удельного энергопотребления зданий, т.к. в распределении потерь тепловой энергии на отопление трансмиссионные потери тепла через оболочку здания составляют более 50 %.

Анализ сравнения европейского и российского подходов

Методический подход к нормированию и проектированию наружной оболочки зданий, принятый в стандартах стран Европейского союза, представляется более целостным и правильным.

Нормативные требования к уровню теплоизоляции наружных ограждающих конструкций в европейских странах, сопоставимых по климату с Москвой, оказываются существенно выше. Однако сравнивать их напрямую некорректно, поскольку:

По нормам ЕС толщина слоя теплоизоляции подбирается на основании простых аналитических выражений, а трансмиссионные потери рассчитываются с учетом теплопроводных включений, т. е. требуемая толщина слоя теплоизоляции не зависит от состава и свойств теплопроводных включений. В российском подходе нормируется приведенное сопротивление теплопередаче, которое одновременно учитывает и толщину слоя теплоизоляции, и влияние теплопроводных включений.

Различие подходов приводит к тому, что в зданиях, проектируемых в Финляндии, толщина слоя теплоизоляции (например, минераловатной) в составе ограждающих конструкций оказывается примерно в 2 раза больше, чем в России, при сопоставимых климатологических условиях проектирования и эксплуатации зданий. Большое влияние на соответствие зданий требованиям по тепловой защите оказывают теплопроводные включения в составе ограждающих конструкций. Неполный учет теплопроводных включений и потерь тепловой энергии через них может привести к различию расчетных и фактических потерь тепловой энергии через оболочку здания и, как следствие, сказаться на расхождении фактических и расчетных значений удельного энергопотребления введенного в эксплуатацию нового здания.

Методика расчета приведенного сопротивления теплопередаче, изложенная в СП 50.133330, проработана недостаточно корректно и точно.

В своде правил СП 230.1325800 приведены далеко не все конструктивные узлы и варианты теплопроводных включений. В частности, отсутствуют таблицы расчетных значений удельных потерь теплоты через кронштейны вентилируемых фасадов, – одного из наиболее распространенных типов фасадов, проектируемых и применяемых при строительстве зданий на территории Российской Федерации. Совсем не рассмотрены таблицы расчетных значений удельных потерь теплоты через неоднородности в составе кровельных конструкций и чердачных перекрытий. Оболочка зданий не ограничивается наружными стенами. Постоянное совершенствование технических решений и применяемых строительных материалов при отсутствии проработанных в СП 230.1325800 узлов строительных конструкций ограничивает область применения инновационных технических решений и материалов или замедляет их использование в строительстве.

Литература

1 См. статью «Теплотехнические характеристики ограждающих конструкций зданий. Ч. 1. Европейский подход и метод расчета» в журнале «Энергосбере-
жение» № 7, 2017.

2 Согласно ГОСТ 30494–2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях».

3 Сравните данные табл. 2 в первой части статьи (журнал «Энергосбережение», № 7) и данные табл. 4 и 5 настоящей статьи.

4 ISO 6946 Building components and building elements – Thermal resistance and thermal transmittance – Calculation method.

6 ISO 13789 Thermal performance of buildings – Transmission and ventilationheat transfer coefficients – Calculation method.

Источник