Теплотехника

 

Наружные ограждающие конструкции (стены, окна, крыша) зданий защищают наш дом от низких температур, осадков в виде дождя, снега, града, сильного ветра. Одновременно они препятствуют прониканию тепла из внутреннего помещения наружу. Величина этого проникания зависит от сопротивления теплопередаче материала, из которого построена ограждающая конструкция. О том, что такое теплотехника, мы и поговорим в этой статье.

 

Строительная теплотехника

 

Нормы  DIN 4108 по строительной теплотехнике:

• Учитывают только строительно-физические величины.
• Требуют минимально-допустимые значения сопротивления теплопередаче R.
• Наружных стен
• Стен лестничных клеток
• Перекрытий над подвалами
• Перекрытий, отделяющих помещения для пребывания людей от наружного воздуха.
• Требуют минимально-допустимые значения R и максимально допустимые значения U в наиболее неблагоприятных местах перекрытий, например в местах опирания сборных балок перекрытий на стены.
• Требуют минимально допустимые значения R в легких конструкциях с поверхностной плотностью ниже 100 кг/м2.
• Требуют указать слабые места с точки зрения строительной физики.
• Защищают строительные материалы и строительные конструкции от слишком больших температурных напряжений (=напряжений вследствие повышения или соответственно понижения температуры).

 

 

Метод по ограждающим конструкциям (поэлементный)

 

Метод по ограждающим конструкциям (поэлементный):
• Требует обеспечения минимальных коэффициентов теплопередачи (величин K^* (* В СНиП 11-4-79* обозначение а. Выше в книге — обозначение U)) для определенных ограждающих конструкций, таких, как:
• Наружные стены
• Окна
• Перекрытия
• Крыши
• Перекрытия над подвалами
• Требует указать слабые с точки зрения теплофизики места.

 

 

Теплотехника — метод энергетического баланса

 

Метод энергетического баланса:
• Требует, чтобы не была превышена максимально допустимая потребность в энергии на отопление в год в зависимости от отношения площади теплопроводящих частей здания к объему отапливаемого здания.
• в: кВт • ч на м³ отапливаемого объема здания в год (кВт • ч/м³ • год) или
• в: кВт • ч на м² полезной площади здания в год (кВт • ч/м² • год)

 

Существует два варианта:

1. Учет солнечных теплопоступлений в среднем эквивалентном значении величины U окна. При этом годовая потребность в энергии на отопление определяется по формуле:

Q_H = 0,9(Q_T + Q_L) — Q_l

Учет окон при получении

Q_T  = U_m,eq,F ⋅ A_F

2. Раздельное определение солнечных теплопоступлений Q_S.
Годовой расход тепловой энергии на отопление определяется по формуле:

Q_H = 0,9(Q_T + Q_L) — Q_l — Q_S

Учет окон при получении

Q_{T =} U_F — А_F*

(* Здесь U_m,eq,F — средняя эквивалентная величина U окна, А_F — площадь окна, U_F — величина U окна без учета теплопоступлений.)

 

Руководство по использованию норм по теплозащите

 

Законодательство по теплозащите (WSchVO) должно применяться в следующих случаях:

• В зданиях с нормальными внутренними температурами, таких, как жилые здания, здания бюро, управлений, школы, больницы, рестораны.
• Производственные здания с внутренними температурами минимум + 19°С.
• Здания для спортивных занятий, соревнований и собраний с внутренними температурами минимум +15°С и отопительным периодом не менее 3 месяцев в год.
• В зданиях, подлежащих реконструкции или строительным изменениям.

 

Указания по теплозащите по DIN 4108

 

Расчетные значения коэффициентов тепловосприятия и теплоотдачи и соответственно величин сопротивлений тепловосприятию и теплоотдаче по DIN 4108.

 

 

Номера строчек в таблице соответствуют номерам на рисунках

 

Примечания:

• Для многослойных кладок с воздушной прослойкой по DIN 1053 действительна строчка 1.
• Эти значения следует применять также при расчете сопротивления теплопередаче R_τ у панелей каркасно-панельных зданий с воздушной прослойкой по DIN 4108.
• При расположенных внутри здания ограждающих конструкциях следует принимать коэффициенты теплообмена одинаковыми для обеих сторон конструкции.

 

Основой указаний по DIN являются таблицы выше. Требования DIN 4108 считается выполненными в том случае, если для отдельных конструкций значения сопротивления теплопередаче R не ниже указанных в таблицах.

 

Рис. «Коэффициенты тепловое приятия и теплоотдачи. Номера на рисунках соответствуют номерам строчек в таблице»

 

Минимальные значения сопротивлений теплопередаче ограждающих конструкций по DIN 4108

 

 

Минимальные значения этой таблицы действительны для всех ограждающих конструкций с поверхностной массой минимум 100 кг/м² и температуры в помещении минимум 19°С. Минимальные значения действительны также для наиболее неблагоприятных мест.

 

Требования к отдельным строительным конструкциям

 

Теплотехника стены

 

У ниш, подоконников, оконных откосов, кожухов, свертывающихся жалюзи значения должны быть выдержаны. В многослойных наружных стенах с воздушной прослойкой изолирующая способность воздушной прослойки и наружной оболочки стены (мин. d=90 мм) может рассчитываться вместе. Это относится также к деревянным конструкциям с обкладкой кирпичом и с воздушной прослойкой перед кирпичной облицовкой. Здания с температурой внутреннего воздуха 12°С <0 <19°С должны иметь сопротивление теплопередаче конструкций минимум R = 0,55 м² К/Вт.

 

Теплотехника легких ограждающих конструкций

 

Для наружных стен, чердачных перекрытий в холодных чердаках и для крыш с поверхностной общей массой менее 100 кг/м² требуется большая теплозащита R ⩾ 1,75 м² К/Вт. В рамных и каркасных сооружениях эти значения справедливы только вблизи перегородок. Для всей ограждающей конструкции в среднем эта величина должна составлять 1,0 м²К/Вт.

 

Ограждающие конструкции с утеплителем

 

При расчетах сопротивления температур R учитываются только слои, расположенные вовнутрь от утеплителя, включая утеплитель. Исключение: Крыши перевернутого типа. В этом случае величина U должна быть увеличена на 0,05 Вт/м²•К. Для легких конструкций основания крыши мансарды или внутренней оболочки стены с поверхностной массой менее 250 кг/м² сопротивление теплопередаче под утеплителем должно составлять не менее 0,15 м² К/Вт. При утеплении по периметру (=наружное утепление цоколя здания у земли) слой утеплителя с внешней стороны гидроизоляции входит в расчет* (*Если по нему устраивается дополнительная гидроизоляция, или он выполнен из материала с закрытыми порами).

 

Теплотехника перекрытий

 

Если перекрытия под неотделанными чердаками выполняют требования согласно строки 6, то теплозащита крыши не требуется.

 

Полы, плиты полов

 

В строительных конструкциях, граничащих с грунтом учитываются только те слои, которые расположены выше гидроизоляции. При утеплении цоколя по периметру утеплитель учитывается при расчетах.

 

Окна/ остекленные двери

 

Выходящие наружу окна и двери в отапливаемых помещениях необходимо остеклять изоляционным (стеклопакеты) или двойным остеклением. Непрозрачная часть заполнения окон и дверей, которая составляет по площади менее 50% площади всего окна или двери, должна удовлетворять требованиям, приведенным в таблице.

 

Стеклянные пристройки

 

При наличие стеклянных пристроек стены, отделяющие их от основного здания, должны выполнять требования по минимальной теплозащите.

 

Вертикальные стенки между скатами кровли и мансардой

 

В случае эксплуатируемых чердаков (мансарды) с вертикальными стенками между скатами крыши и помещением мансарды скаты крыши должны быть утеплены до самого карниза.

 

Определение общего коэффициента теплопередачи U и соответствующего общего сопротивления теплопередаче R вблизи балок рядом с вентилируемыми воздушными прослойками

 

В случае сечений с воздушными прослойками для расчета общего коэффициента теплопередачи (величины U) и соответствующего общего сопротивления теплопередаче R вблизи ребер из другого материала необходимо принимать в расчет те участки конструкций, которые показаны на рис. 1.23 в зависимости от устройства слоя утеплителя.

 

 

 

Среднее значение величины U

 

Ограждающая конструкция часто состоит из частей с различными коэффициентами теплопередачи.
Стена: плоскость стены — ниша — откос.
Крыша: стропильные ноги — пространство между стропильными ногами.

 

 

Среднее значение величины U таких ограждающих конструкций рассчитывается по формуле:

U_m = (U₁⋅ A₁ + U₂⋅ A₂+ ….+ U_n⋅ A_n) / (A₁ + A₂ + … + A_n)

Если требуется рассчитать среднее значение величины U балочного чердачного перекрытия с балками и межбалочным заполнением, то можно вместо площадей нижних плоскостей балок и межбалочного заполнения применять в расчетах только их ширину, т.к. длина этих элементов одинакова.

 

 

Средняя величина U рассчитывается в этом случае следующим образом:

U_m = (U₁⋅ b₁ + U₂⋅ b₂) / b₁ + b₂

 

Таблица «Расчетные значения сопротивлений теплопередаче R воздушных прослоек»

 

 

Значения справедливы для воздушных прослоек, которые не связаны с наружным воздухом, и для воздушных прослоек в многослойных кирпичных стенах по DIN 1053, часть 1. По DIN 1053 кладка стены считается многослойной, если наружный слой имеет толщину не менее 90 мм. В этих случаях воздушная прослойка может быть введена в расчет.
При меньшей толщине наружный слой считается облицовкой по DIN 1053, при котором воздушная прослойка в расчет не принимается.

 

Общий энергетический коэффициент пропускания g

 

Окна и остекленные двери являются светопрозрачными конструкциями. Так как они пропускают свет, они пропускают также и тепло в особенности в форме теплового излучения.

Пропускание энергии оценивается энергетическим коэффициентом пропускания g. Так, например, энергетический коэффициент пропускания равный 0,7 означает, что через окно проходит 70% падающей на него энергии.
Низкие коэффициенты энергетического пропускания требуются:
Летом: снаружи — во внутрь;
Этим должен предотвращаться перегрев воздуха в помещении.
Зимой: изнутри — наружу;
Этим должны предотвращаться слишком большие теплопотери.

Это достигается с помощью:

Летом:
• Установки солнцезащитных устройств таких, как маркизы, жалюзи, солнцезащитные перголы и навесы;
• Нанесением отражающего слоя на наружное стекло со стороны межстекольного пространства.

 

 

 

Зимой:
• нанесение отражающего слоя на внутреннее стекло со стороны межстекольного пространства.

 

 

С помощью нанесения отражающего слоя большая часть поступающей тепловой энергии будет отбрасываться обратно в помещения, т.е. будет отражена и останется в воздухе помещения.

 

Таблица «Общий энергетический коэффициент пропускания g»

 

 

¹⁾ Общие энергетические коэффициенты пропускания g специальных стекол могут быть различны в зависимости от окраски, напыления или обработки поверхностей.

 

Нанесение отражающего слоя на наружное стекло происходит тогда, когда необходимо обеспечить защиту от слишком сильного солнечного облучения. Нанесение такого слоя на внутреннее стекло необходимо тогда, когда требуется пропускать тепловое излучение снаружи, но отбрасывать тепло внутреннего пространства обратно в помещение.

 

Таблица «Коэффициенты, учитывающие уменьшения поступления тепловой энергии в помещение за счет стационарных солнцезащитных устройств (СЗУ)»

 

 

• Солнцезащитное устройство должно быть стационарным, т.е. прочно смонтированным. Декоративные занавески не считаются солнцезащитными устройствами.
• В зависимости от типа СЗУ рекомендуется более точное определение действия этого устройства, т.к. могут быть и более низкие значения. При отсутствии более точных сведений следует применять менее выгодные значения.
• Светопропускание СЗУ ниже 10% считается малым, а выше 30%, высоким.

 

Таблица «Расчетные значения коэффициентов теплопередачи для остекления U_v, а также окон и остекленных дверей включая оконные рамы U_F»

 

 

В случае окон, у которых площади переплетов, составляют не более 5% от площади проема (например, витрины) можно применять в качестве коэффициента теплопередачи U_F коэффициент U_v (одного остекления без учета переплетов).

Подразделение оконных рам по группам материалов 1-3 следует производить следующим образом:

Группа 1: Окна с рамами из дерева, пластика и комбинации древесины (например деревянные рамы с алюминиевым покрытием); Рамы с U_R⩽ 2,0 Вт/м²К.
Группа 2.1: Окно с рамами из теплоизолированных металлических или бетонных профилей; рамы с 2,0 < U_p ⩽ 2,8 Вт/м²К.
Группа 2.2: То же при 2,8 < U_R⩽ 3,5 Вт/м²К.
Группа 2.3: То же при 3,5 < U_R ⩽ 4,5 Вт/м² К.
Группа 3: Окна с рамами из бетона, стали и алюминия с U_R >4,5 Вт/м²К.

 

Надеюсь, что теперь вы разобрались, что такое теплотехника в строительстве. В следующей статье я расскажу об указаниях норм по теплозащите.

 

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ: