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.
Способ теплоизоляции
Эффективность утепления зависит от характеристик утеплителя и способа утепления. Существует несколько различных способов, имеющих свои достоинства:
- Монолитная конструкция, может быть выполнена из древесины или газобетона.
- Многослойная конструкция, в которой утеплитель занимает промежуточное положение между наружной и внутренней частью стены, в этом случае на этапе строительства выполняется кольцевая кладка с одновременным утеплением.
- Наружное утепление мокрым (штукатурная система) или сухим (вентилируемый фасад) способом.
- Внутреннее утепление, которое выполняют, когда снаружи по каким-либо причинам утеплить стену невозможно.
Для утепления уже построенных и эксплуатируемых зданий применяют наружное утепление, как наиболее эффективный способ снижения потерь тепла.
Расчет теплоизоляционного слоя: формулы и примеры
Чтобы иметь возможность точно рассчитать величину утепления, необходимо найти коэффициент сопротивления теплопередачи всех материалов стены или другого участка дома. Он зависит от климатических показателей местности, поэтому вычисляется индивидуально по формуле:
tв — показатель температуры внутри помещения, обычно составляет 18-22ºC;
tот — значение средней температуры;
zот — длительность отопительного сезона, сутки.
Значения для подсчета можно найти в СНиП 23-01-99.
При вычислении теплового сопротивления конструкции, необходимо сложить показатели каждого слоя: R=R1+R2+R3 и т. д. Исходя из средних показателей для частных и многоэтажных домов определены примерные значения коэффициентов:
- стены — не менее 3,5;
- потолок — от 6.
Толщина утеплителя зависит от материала постройки и его величины, чем меньше теплосопротивление стены или кровли, тем больше должен быть слой изоляции.
Пример: стена из силикатного кирпича толщиной в 0,5 м, которая утепляется пенопластом.
Rст.=0,5/0,7=0,71 — тепловое сопротивление стены
R- Rст.=3,5-0,71=2,79 — величина для пенопласта
Имея все данные, можно рассчитать необходимый слой утеплителя по формуле: d=Rxk
Для пенопласта теплопроводность k=0,038
d=2,79×0,038=0,10 м — потребуются плиты пенопласта толщиной в 10 см
По такому алгоритму легко подсчитать оптимальную величину теплоизоляции для всех участков дома, кроме пола. При вычислениях, касающихся утеплителя основания, необходимо обратиться к таблице температуры грунта в регионе проживания. Именно из нее берутся данные для вычисления ГСОП, а далее ведется подсчет сопротивления каждого слоя и искомая величина утеплителя.
Расчет количества утеплителя для стен, перекрытий и фундамента
Наиболее популярные сегодня теплоизоляционные материалы для стен – пенополистирол (ППС), экструдированный пенополистирол (ЭППС) и минеральная вата. Именно о них и пойдет речь в этой статье. Сразу хотим обратить внимание, что минвата годится лишь для утепления стен и перекрытий, ее нельзя использовать в условиях повышенной влажности. А вот с помощью ЭППС можно утеплять все возможные поверхности, включая фундамент и кровлю, материал не боится воды, влага не влияет на его теплоизоляционные свойства.
Общая формула расчета количества утеплителя выглядит следующим образом:
Расчет толщины утеплителя
Если высоту помещения и длину периметра вы можете определить путем обычного замера рабочей поверхности, то для выяснения толщины утеплителя требуются специальные формулы. Рассмотрим на примере г. Новосибирск. Итак, этапы расчета.
1. Определяем градусо-сутки отопительного периода ( 0 С сут/год), используя данные СП 131.13330.2012 (актуальная версия СниП 23-01-99 «Строительная климатология»)
2. Определяем нормативные значения требуемого сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций (стен, пола, потолка)
Так как данные в таблице представлены для значений ГСОП, кратных 2000, то промежуточные значения определяются интерполяцией. Получаем следующие значения:
3. Рассчитываем толщину утеплителя
Для примера возьмем стену. Ее общее термическое сопротивление вместе с отделкой и теплоизоляционным материалом вычисляется по формуле:
Из неизвестных значений у нас термическое сопротивление железобетона. Вычисляем его по формуле:
Для получения более точных значений по конкретным материалам используйте данные
СП 50.13330.2012 (приложение С, таблица С.1).
По той же самой формуле вычисляем термическое сопротивление вагонки (толщину вагонки делим на коэффициент ее теплопроводности):
Далее рассчитываем термическое сопротивление изоляционного материала по формуле:
Для утепления стены используем для примера минеральную плиту Rockwool Лайт Баттс СКАНДИК со следующим коэффициентом теплопроводности:
Рассчитываем толщину изоляции:
Поскольку толщина выпускаемых минераловатных плит равна 50 и 100 мм, то для достижения этой толщины вам потребуется 2 слоя – 100+50 мм.
На что ориентироваться при расчете теплоизоляции?
Вопросом теплоизоляции зданий занимается прикладная наука теплотехника. В соответствии с ее рекомендациями был создан Свод правил СП 50.13330.2012, входящий в СНиП 23-02-2003 и регламентирующий тепловую защиту зданий.
В СНиП 23-01-99 (Строительная климатология) приводятся исходные климатологические данные для местностей и регионов Российской Федерации.
Эти документы служат ориентирами для расчетов необходимой толщины и общего количества теплоизоляционных материалов. Проделав такие расчеты, владелец дома получает необходимую информацию для закупки и начала работ.
Расчет толщины пенопласта
Популярность пенопласта определяется дешевизной, низкой теплопроводностью, малым весом и влагостойкостью. Пенопласт почти не пропускает пара, поэтому его нельзя использовать для внутреннего утепления . Он располагается снаружи или в середине стены.
Теплопроводность пенопласта, как и других материалов, зависит от плотности. Например, при плотности 20 кг/м3 коэффициент теплопроводности около 0,035. Поэтому толщина пенопласта 0,05 м обеспечит термосопротивление на уровне 1,5.
Как рассчитать толщину утеплителя?
Комфортное проживание в доме предусматривает создание условий для поддержания оптимальной температуры воздуха особенно зимой. В строительстве дома очень важно грамотно подобрать утеплитель и рассчитать его толщину. Любой строительный материал будь то кирпич, бетон или пеноблок имеет свою теплопроводность и теплосопротивление. Под теплопроводностью понимают способность стройматериала проводить тепло. Определяется данная величина в лабораторных условиях, а полученные данные приводятся производителем на упаковке либо в специальных таблицах. Теплосопротивление – величина обратная теплопроводности. Тот материал, который отлично проводит тепло, соответственно, имеет низкое сопротивление теплу.
Для строительства и утепления дома выбирают материал, имеющий низкую теплопроводность и высокое сопротивление. Чтобы определить теплосопротивление стройматериала, достаточно знать его толщину и коэффициент теплопроводности.
Расчет толщины утеплителя стен
Представим, что дом имеет стены, выполненные из пенобетона плотностью 300 (0,3 м), коэффициент теплопроводности материала составляет 0,29. Делим 0,3 на 0,29 и получает 1,03.
Как рассчитать толщину утеплителя для стен, позволяющую обеспечить комфортное проживание в доме? Для этого необходимо знать минимальное значение теплосопротивления в городе или области, где расположено утепляемое строение. Далее от этого значения нужно отнять полученное 1,03, в результате станет известно сопротивление теплу, которым должен обладать утеплитель.
Если стены состоят из нескольких материалов, следует просуммировать их показатели теплосопротивления.
Толщина утеплителя стен рассчитывается с учетом сопротивления теплопередаче используемого материала (R). Для нахождения этого параметра следует применить нормы «Тепловой защиты зданий» СП50.13330.2012. Величина ГОСП (градусосутки отопительного периода) вычисляется по формуле:
При этом tB отражает температуру внутри помещения. Согласно установленным нормам она должна варьировать в пределах +20-22°С. Средняя температура воздуха – tот, число суток отопительного периода в календарном году – zот. Эти значения приведены в «Строительной климатологии» СНиП 23-01-99. Особое внимание следует уделить продолжительности и температуре воздуха в том периоде, когда среднесуточная t≤ 8 0 С.
После того как теплосопротивление будет определено следует узнать какой должна быть толщина утеплителя потолка, стен, пола, кровли дома.
Каждый материал «многослойного пирога» конструкции имеет свое тепловое сопротивление R и рассчитывается по формуле:
Где под n понимают число слоев, при этом тепловое сопротивление определенного материала равняется отношению его толщины (δs) к теплопроводности (λS).
Толщина утеплителя стен из газобетона и кирпича
К примеру, в возведении конструкции используется газобетон D600 толщиной 30 см, в роли теплоизоляции выступает базальтовая вата плотностью 80-125 кг/м 3 , в качестве отделочного слоя – кирпич пустотелый плотностью 1000 кг/м 3, толщиной 12 см. Коэффициенты теплопроводности приведенных выше материалов указываются в сертификатах, также их можно увидеть в СП50.13330.2012 в приложении С. Итак теплопроводность бетона составила 0,26 Вт/м* 0 С, утеплителя — 0,045 Вт/м* 0 С, кирпича — 0,52 Вт/м* 0 С. Определяем R для каждого из используемых материалов.
Зная толщину газобетона находим его теплосопротивление RГ = δSГ/λSГ = 0,3/0,26 = 1,15 м 2 * 0 С/Вт, теплосопротивление кирпича — RК = δSК/λSК = 0,12/0,52 = 0,23 м 2 * 0 С/В. Зная, что стена состоит из 3-х слоев
находим теплосопротивление утеплителя
Представим, что строительство происходит в регионе, где R ТР (22 0 С) — 3,45 м 2 * 0 С/Вт. Вычисляем RУ = 3,45 — 1,15 – 0,23 = 2,07 м 2 * 0 С/Вт.
Теперь мы знаем, каким сопротивлением должна обладать базальтовая вата. Толщина утеплителя для стен будет определяться по формуле:
δS = RУ х λSУ = 2,07 х 0,045 = 0,09 м или 9 см.
Если представить, что R ТР (18 0 С) = 3,15 м 2 * 0 С/Вт, то RУ = 1,77 м 2 * 0 С/Вт, а δS = 0,08 м или 8 см.
Толщина утеплителя для кровли
Расчет данного параметра производится по аналогии с определением толщины утеплителя стен дома. Для термоизоляции мансардных помещений лучше использовать материал теплопроводностью 0,04 Вт/м°С. Для чердаков толщина торфоизолирующего слоя не имеет большого значения.
Чаще всего для утепления скатов крыш используют высокоэффективные рулонные, матные или плитные теплоизоляции, для чердачных крыш – засыпные материалы.
Толщина утеплителя для потолка рассчитывается по приведенному выше алгоритму. От того насколько грамотно будет определены параметры изоляционного материала зависит температура в доме в зимнее время. Опытные строители советуют увеличивать толщину утеплителя кровли до 50% относительно проектной. Если используются засыпные или сминаемые материалы, время от времени их необходимо разрыхлять.
Толщина утеплителя в каркасном доме
В роли теплоизоляции может выступать стекловата, каменная вата, эковата, сыпучие материалы. Расчет толщины утеплителя в каркасном доме более простой, потому как его конструкция предусматривает наличие самого утеплителя и наружной и внешней оббивки, как правило, выполненных из фанеры и практически не влияющих на степень термозащиты.
Например, внутренняя часть стены — фанера толщиной 6 мм, наружная – плита OSB толщиной 9 мм, в роли утеплителя выступает каменная вата. Строительство дома происходит в Москве.
Теплосопротивление стен дома в Москве и области в среднем должно составлять R=3,20 м 2 * 0 C/Вт. Теплопроводность утеплителя представлена в специальных таблицах либо в сертификате на товар. Для каменной ваты оно составляет λут = 0,045 Вт/м* 0 С.
Толщина утеплителя для каркасного дома определяется по формуле:
δут = R х λут = 3,20 х 0,045 = 0,14 м.
Плиты каменной ваты выпускаются толщиной 10 см и 5 см. В данном случае потребуется укладка минеральной ваты в два слоя.
Толщина утеплителя для пола по грунту
Прежде чем приступить к расчетам следует знать, на какой глубине располагается пол помещения относительно уровня земли. Также следует иметь представление о средней температуре грунта зимой на этой глубине. Данные можно взять из таблицы.
Сначала необходимо определить ГСОП, затем вычислить сопротивление теплопередаче, определить толщину слоев пола (к примеру, армированный бетон, цементная стяжка по утеплителю, напольное покрытие). Далее определяем сопротивление каждого из слоев, поделив толщину на коэффициент теплопроводности и суммировать полученные значения. Таким образом, мы узнаем теплосопротивление всех слоев пола, кроме утеплителя. Чтобы найти этот показатель, из нормативного теплосопротивления отнимем общее термическое сопротивление слоев пола за исключением коэффициента теплопроводности изоляционного материала. Толщина утеплителя для пола вычисляется путем умножения минимального теплосопротивления утеплителя на коэффициент теплопроводности выбранного изоляционного материала.
