Нормы по теплозащите

 

Указания норм по теплозащите разработаны для эффективного использования энергии, расходуемой на отопление зданий, при обеспечении комфортных условий, находящихся в них людей. Указания норм по теплозащите преследуют цель проектирования жилых зданий с эффективным использованием энергии путем выявления суммарного эффекта энергосбережения от использования архитектурных, строительных и инженерных решений, направленных на экономию энергетических ресурсов.

 

Метод по ограждающим конструкциям (поэлементный)

 

При использовании этого метода необходимо показать, что общие коэффициенты теплопередачи (величины U) приведенных в таблице 1 ограждающих конструкций не превышается. Таким образом, метод по ограждающим конструкциям сводится к определению трансмиссионных теплопотерь (теплопотерь через ограждающие конструкции). Теплопотери за счет проветривания (вентиляции) и внутренние теплопоступления при этом не учитываются. Метод может применяться в жилых зданиях

⩽ 2 полных этажей
⩽ 3 квартир

поэтому он применим для большинства одно- и двухсемейных домов.

 

В этом методе солнечные теплопоступления через окна и окна в дверных проемах не показываются отдельно, а учитываются в эквивалентной величине U для окон, U_m.eq.F.
Величина U_m.eq.F означает, что при учете ориентации окна и соответствующих теплопоступлениях все окна можно сравнивать по их величине U.
В величине U_m.eq.F кроме ориентации учитывается также величина отдельных окон.

 

Таблица «Допустимые коэффициенты теплопередачи для отдельных наружных ограждающих конструкций в малых зданиях: < 2 полных этажей; < 3 квартир»

 

 

• Требование считается выполненным, если кладка имеет толщину d = 36,5см и λ =0,21 Вт/мК.
• Средний эквивалентный коэффициент теплопередачи U_m.eq.F соответствует одному, усредненному по всем окнам и дверям с окнами, коэффициенту, причем солнечные теплопоступления взяты с учетом ориентации этих светопроемов.

 

U_m.eq.F = U_eq.FS  A_FS + U_eq.F0  A_F0 + U_eq.FW  A_{FW +}  U_eq.FN / A_F *

 

* В этой формуле индексы S,0,W,N означают ориентации Юг, Восток, Запад, Север, (eq — эквивалентный, m — средний, F — окно).

 

Рис. «Соответствующие величины U»

 

 

Метод энергетического баланса

 

Как видно из названия метода, он должен показать, что в год (по латыни год — annus) не превышается определенная величина энергии, которую необходимо затратить на отопление. Значения величин U отдельных элементов могут не соответствовать нормативным. Проектировщик сам может определять, какие ограждающие конструкции (наружные стены, окна, перекрытия, крыша) будут наиболее энергоэкономично утеплены. Ему даже разрешается выбирать, как он будет экономить энергию: за счет теплопередачи через конструкции или за счет потребностей в тепле при вентиляции помещений. Годовая потребность в тепловой энергии на отопление может быть определена из расчета на 1м³ объема сооружения (V) или на 1м² полезной площади A_N

 

Q’_N = Q_N / V  кВт • ч/м³• год

Q’_N = Q_N / A_N кВт • ч/м² • год

 

Для зданий с высотой этажа в свету не более 2,60 м можно считать, что: A_N = 0,32 • V   Единица: м²

Так как потребность в тепловой энергии зависит не только от отапливаемых объемов сооружения, но и от площади их теплопередающих конструкций, то в расчеты вводится также отношения площади наружных ограждающих конструкций А к отапливаемому объему здания V.

Компактные, кубические формы здания с точки зрения теплоэнергетики более предпочтительны, чем вытянутые длинные или расчлененные формы.

Метод энергетического баланса можно применять всегда, однако он являются обязательным для зданий выше 2-х полных этажей или имеющих 3 и более квартиры.

 

Таблица «Максимальные значения годового энегропотребления на отопление, отнесенные к отапливаемому объему здания V,или к полезной площади в зависимости от отопления A/V»

 

 

Промежуточные значения получаются с помощью следующих уравнений:

 

Q’_н = 17,32 • A/V+ 13,82  кВт • ч/м³ • год

 Q»_н = Q’_н /0,32    кВт • ч/м³ • год

 

А — площадь наружных ограждающих конструкций отапливаемого здания со всех сторон.
V — отапливаемый объем здания.
Как А, так и V- определяется по наружным размерам включая слои теплоизоляции.

 

Годовая потребность в тепловой энергии Q_H при отдельном определении солнечных теплопоступлений

 

Q_H = 0,9(Q_T + Q_L) — Q_l — Qs  кВт • ч/год

 

0,9 — коэффициент, учитывающий то, что не все отапливаемые помещения используются и вентилируются одновременно.
Q_T — потребность в тепловой энергии на возмещение теплопотерь за счет теплопередачи через ограждающие конструкции в наружный воздух или в грунт. Потребность в тепле на восполнение теплопотерь за счет теплопередачи включает учет теплопроводности, тепловой радиации и конвекции.
Q_L — потребность в тепловой энергии в кВт • ч/год на восполнение теплопотерь, сопровождающих воздухообмен через открытые окна, неплотности в окнах, через наружные двери, а также через приточные и вытяжные вентиляционные устройства.
Q_l — внутренние теплопоступления в кВт • ч/год за счет использования машин и приборов, искусственного освещения, а также за счет тепловыделения людей.
Q_s — солнечные теплопоступления в кВт • ч/год за счет солнечного облучения выходящих наружу светопрозрачных ограждающих конструкций, таких, как окна и остекленные двери.

 

Потребность в тепловой энергии на возмещение теплопотерь за счет теплопередачи через ограждающие конструкции Q_T

 

Единица: кВт • ч/год
При отдельном учете солнечных теплопоступлений такая потребность в тепловой энергии определяется по формуле:

 

 Q_T= 84(U_W • A_W + U_F • A_F + 0,8 • U_D • A_D + 0,5 U_G • A_G + U_DL • A_DL + 0,5 U_AB • A_AB)

 

A_w — площадь наружных стен, в мансардном этаже сюда включаются площади вертикальных стенок, отделяющих помещение от скатов кровли; (между ними образуется неотапливаемое неутепленное пространство).
Длина определяется по всем направлениям и по наружным размерам здания, включая внешние оболочки и воздушные прослойки.
В качестве высоты следует принимать:

• При наличии отапливаемого подвала и мансардного этажа: от нижней поверхности (UK) плиты пола подвала до верхней поверхности (ОК) кровли.
• При неотапливаемом подвале и неотапливаемом чердаке: от UK плиты перекрытая над подвалом до ОК перекрытия верхнего этажа.

 

А_G— площадь ограждающих конструкций здания в грунте, если они не граничат с наружным воздухом. Она определяется по наружным размерам здания.

Считается площадь пола на земле или, в случае неотапливаемых подвалов, — перекрытия над подвалом.

 

Рис. «Соответствующие высоты и площади»

 

 

Если подвалы отапливаются, то при определении А_G наряду с площадью А_G в подвале следует учитывать также площадь стен, соприкасающихся с грунтом в тех местах, где нет подвала.
A_F — площадь светопроемов (окон, остекления в дверях, окон в мансардах) которые определяют отапливаемые помещения от наружного воздуха. Она определяется по размерам проемов «в свету».
A_D — граничащая с наружным воздухом площадь утепленной крыши или чердачного перекрытия (в случае холодных чердаков).
A_DL —  площадь перекрытий над неотапливаемыми подвалами и проездами.
А_АВ — для ограждающих конструкций отделяющих отапливаемые помещения от помещений с значительно более низкими температурами, как например лестничные клетки, склады.
U_w, U_F, U_D, U_G, U_DL, U_AB — величины U соответствующих ограждающих конструкций.
Следует учитывать, что при отдельном учете солнечных теплопоступлений для окон определяется только величина U для окна, а не эквивалентная величина U окна.

Коэффициент 0,8 означает, что из-за солнечного облучения величина U должна браться в расчет только на 80%. Этот коэффициент относится также к вертикальным стенам мансард, отделяющих внутреннее пространство от неотапливаемых застрех кровли.
Коэффициент 0,5 означает, что величина U должна браться в расчет только на 50%, так как температура в помещении подвалов, и соответственно температура грунта, а также в помещениях с более низкими температурами (лестничные клетки, склады) выше, чем температура наружного воздуха.

 

Коэффициент 84 — коэффициент, учитывающий величину градусо-суток отопительного периода, равную 3500, которая соответствует характерному географическому месту для всей Германии — городу Вюрцбургу.
Величина градусо-суток отопительного периода соответствует величине, принятой в Российских Нормах и равна произведению числа суток отопительного периода и средней годовой разности температур внутреннего воздуха и наружного воздуха за этот период. В Германии в отопительный период включены дни со среднесуточной температурой наружного воздуха ниже +12°С (В России — ниже +8°С).

 

(3500⋅ K⋅ d/a⋅ 24⋅ h/d) / 1000 = 84

Здесь:

К — градусы Кельвина;

d — сутки;

а — год;
24 — часа в сутках.

 

Потребность в тепловой энергии на восполнение теплопотерь, сопровождающих воздухообмен Q_L

 

Единица кВт⋅ч/год.
Потребность в тепловой энергии на восполнение теплопотерь, сопровождающих проветривание и вентиляцию учитывает многие факторы.

Q_L = 0,34 • 84 • β • V_L

0,34 — коэффициент, выражающий удельную теплоемкость и плотность воздуха.
с • р= 1000 Дж (кг • К) • 1,25 кг/м³ = 1250 Дж/м³ • К

с • р = 0,34 Вт • ч/м² • К

84 — коэффициент, учитывающий градусо-сутки отопительного периода.

β — скорость воздухообмена 1/h = h^-1 (1/час = час-¹)
В случае обычных эксплуатируемых помещений можно исходить из того, что воздух в помещении за час заменяется наружным воздухом на 80%. Поэтому величина β принята равной 0,8.
V_L — расчетный объем воздуха.
Если принимать β = 0,8, то Q_L = 22,85V_L.
Далее следует, что V_L= 0,8V
V— отапливаемый объем здания на основе наружных размеров здания. Таким образом получается, что потребность в тепловой энергии на восполнение теплопотерь, связанных с воздухообменом, в зависимости от отапливаемого объема здания равна:

Q_L = 18,28 • V.

 

При использовании:
• механической вентиляционной установки без рекуперации тепла (вытяжная вентиляция)
Q_L = 0,95 • 18,28 • V
• механической вентиляционной установки с рекуперацией тепла (но без теплового насоса), если на каждый затраченный кВт • ч энергии будет получено не менее 5 кВт • ч полезного тепла:
Q_L = 0,8 • 18,28 • F
• теплового насоса, если на каждый затраченный кВт • ч энергии будет получено не менее 4 кВт • ч полезного тепла:
Q_L = 0,8 • 18,28 • F

 

Используемые внутренние тепловыделения Q_l

 

Единица: кВт • ч/год
Тепловыделения уменьшают потребность в тепловой энергии на восполнение теплопотерь через ограждающие конструкции и связанных с воздухообменом.

Каждый замечал, что перед началом какого-либо мероприятия в зале температура воздуха кажется не слишком комфортной, тогда, как через несколько часов после заполнения зала людьми и работы прожекторов, хочется уже снять с себя часть одежды, и хотелось бы, чтобы было бы прохладнее. Тепловыделения внутри здания происходит за счет:

• Пребывания людей
• Использования машин и приборов
• Искусственного освещения.

 

Внутренние теплопоступления Q_l можно рассчитать по формуле:

 

Q_l = 8,0 • V кВт • ч/год.

 

Внутренние поступления могут быть получены не только через объем помещений V, но и, как это принято в жилищном строительстве, через полезную площадь в здании (A_N).
При высоте помещений в свету 2,60м.

Q_l = 25 • А кВт • ч/год.

Здесь A_N = 0,32 К
Для офисных помещений и административных зданий:

Q_l = 31,25 • A_N;  кВт • ч/год.

 

Солнечные теплопоступления

 

Единица: кВт • ч/год.
Теплопоступления в помещение обусловлены не только присутствием людей, но также и поступают снаружи вследствие воздействия солнечных лучей. Радиационная составляющая солнечной энергии способствует обогреву помещений зимой. В солнечные зимние дни мы особенно сильно чувствуем это радиационное тепло внутри помещения у южных окон.
Солнечные теплопоступления Q_s могут быть определены отдельно или через эквивалентную величину U окон.

 

Отдельное определение солнечных теплопоступлений

 

Q_s = 0,46 • I • g_F • A_F;  кВт • ч/год.

0,46 — коэффициент, который учитывает средний коэффициент использования, а также коэффициенты пропускания светопроемов, учитывающие наличие переплетов и различных затеняющих факторов (балконы, козырьки и т.п.)
I- солнечная радиация за год в зависимости от ориентации:

• Южная ориентация: I_S = 400 кВт • ч/м² • год
• Ориентация восток/запад: I_O/W =275 кВт • ч/м² • год
• Северная ориентация: I_N = 160 кВт • ч/м2 • год

 

А_F— площадь окон в зависимости от ориентации
g — общий энергетический коэффициент пропускания остекления

F_c— коэффициент пропускания солнцезащитных устройств (СЗУ). (при отсутствии СЗУ F_c= 1)
Как уже было указано, солнечные теплопоступления уменьшают годовую потребность в тепловой энергии на отопление. Она определяется по формуле:

Q_H = 0,9(Q_T + Q_L)-Q_I-Q_S

В величину теплопотерь через ограждающие конструкции Q_T входят окна с их величиной V: U_F • А.

 

Учет солнечных теплопоступлений в значении коэффициента теплопередачи окон, k

 

Определять полезные теплопоступления через эквивалентный коэффициент теплопередачи окон U_eq.F можно по формуле:

U_eq.F = U_F — g_F S_F  Вт/м² • К.

eq — эквивалент означает сравнимые величины U с учетом ориентации по странам света, т.е. как если бы все окна получали одинаковое облучение солнцем.
U_F — величина U окна.
g_F = g F_c
g — общий энергетический коэффициент пропускания остекления

F_c— понижающий коэффициент за счет СЗУ.
S_F— коэффициент солнечных теплопоступлений.

При южной ориентации: S_F = 2,40 Вт/м² • К
При восточной/западной ориентации: S_F = 1,65 Вт/м² • К
При северной ориентации: S_F = 0,95 Вт/м² • К

В граничных случаях, как, например, северо-восток (NO), юго-восток (OS) или юго-запад (SW) следует принимать в качестве коэффициента солнечных теплопоступлений меньшее его значение.
Индексы:

m — средняя величина;

F= окно
eq = эквивалентная;

S = юг;

О/W = восток/запад;

N = север.
Таким образом для всех окон можно получить единую и поэтому эквивалентную (сравнимую) среднюю величину U.

В ней учитывается:

• Величина U окна
• Общий энергетический коэффициент пропускания окон
• Ориентация окон по странам света с соответствующими теплопоступлениями
• Размеры окон

 

 

При учете солнечных теплопоступлений в величине U окон годовая потребность в тепловой энергии на отопление определяется по формуле:

Q_Т = 84(U_W • A_W + U_m.eq.F • A_F + 0.8 • U_D • A_D + 0.5 • U_G • A_G + U_DL • A_DL+ 0.5 • U_AB • A_AB)

Если солнечные теплопоступления рассчитываются через величины U окон, то отпадает величина Q_s и годовая потребность в энергии на отопление равна:

Q_H = 0.9(Q_T-Q_L) — Q_l

 

В следующей статье я расскажу о тепловой защите дома летом.

 

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ: