Зависимость толщины теплоизоляционного слоя в многослойных ограждающих конструкциях от теплопроводности материала



Вопросы эффективного энерго- и теплопотребления и энергосбережения играют значимую роль в современном строительстве. Одним из наиболее продуктивных способов энергосбережения зданий является применение теплоэффективных многослойных ограждающих конструкций, что дает возможность создать комфортный микроклимат здания. Правильно подобранная конструкция наружной стены, учитывающая тепловой, влажностностный и воздушный режим ограждения, позволит избежать такие негативные процессы как: образование конденсата в толще на поверхности ограждения, понижение температуры внутреннего воздуха (из-за того, что фактические тепловые потери превышают расчетные значения), образование плесени на стенах, слишком большие расходы на отопление из-за значительных тепловых потерь через ограждающие конструкции и т. п.

Тепловые потери можно снизить до необходимого минимума лишь в том случае, если увеличить сопротивление теплопередаче наружных стен. Поэтому для достижения поставленной цели мы должны либо значительно увеличить толщину ограждений (что экономически нецелесообразно), либо применять эффективные теплоизоляционные материалы.

Какой утеплитель использовать и какой толщины, зависит от следующего:

1. климатический регион для участка строительства;
2. средняя температура наружного воздуха в отопительный сезон;
3. продолжительность отопительного сезона;
4. градусо-сутки отопительного периода;
5. норма термического сопротивления;
6. основной материал стен;
7. материал изготовления.

Чтобы оценить зависимость толщины теплоизоляционного слоя в многослойных ограждающих конструкциях от теплопроводности материала проведем расчет толщины утеплителя наружной ограждающей конструкции жилого дома для г. Оренбурга.

Исходные данные

1. Климатологические данные района строительства:

1) Расчетные температуры воздуха [1]:

‒ Температура наиболее холодной пятидневки: tн = -32 [ºС]

‒ В отапливаемых помещениях: tвн = +20 [ºС]

‒ Средняя температура наружного воздуха за отопительный период tср = -6,1 [ºС]

‒ Поправочный коэффициент α (при -32 ºС) — 0,98

3) Отопительный период:

‒ Продолжительность: 195 суток [1]

‒ Средняя температура отопительного периода: t = -6,1 [ºС] [1]

2. В качестве расчетной конструкции наружной стены примем ограждение из керамического кирпича с количеством слоев, указанных на рис.1. Для сравнительного анализа расчета возьмем три вида теплоизоляционного материала:

‒ Минеральная на синтетическом связующем;

‒ Пенополистирол экструдированный;

‒ Ячеистое стекло.

Рис 1. Эскиз конструкции ограждения: 1- штукатурка, 2- утеплитель, 3- кирпичная кладка, 4- штукатурка

Для начала найдем требуемое сопротивление теплопередаче. Для нахождения этого параметра используем СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий». Требуемое сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции по энергосберегающим требованиям R_0тр, (м²* ^оС)/Вт определяется:

(1)

где ГСОП — градусо-сутки отопительного периода определяются по формуле:

(2)

t_оп — средняя температура периода со среднесуточной температурой наружного воздуха  8 [ºС] (отопительного периода);

z_оп — продолжительность отопительного периода, суток со среднесуточной температурой наружного воздуха  8 [ºС];

Таблица 1

Зависимость R_0тр= f(ГСОП) [2]

Наименование ограждения	Жилые здания	Общественные здания	Производственные здания
Стены	1,4+0,00035*ГСОП	1,2+0,0003*ГСОП	1,0+0,0002*ГСОП

По формуле 1 и таблице 1 получаем:

Следующим этапом необходимо найти фактические термические сопротивления ограждающих конструкций.

Фактическое сопротивление теплопередаче R_ф ограждающих конструкций должно быть не менее требуемого сопротивления теплопередаче, определённого исходя из санитарно- гигиенических условий и условий энергосбережения: R_ф ≥ R_тр.

Общее (фактическое) сопротивление теплопередаче равно сумме граничных сопротивлений теплоперехода и термических сопротивлений отдельных слоёв:

(3)

Термические сопротивления R_в и R_н (граничные сопротивления теплоперехода) на внутренней _в и наружной _н поверхности равны соответственно:

(4)

где _{в —} величина удельной теплоотдачи (восприятия) на внутренних поверхностях наружных стен, равная 8,7 ;

_{н —} величина удельной теплоотдачи (восприятия) на наружных поверхностях наружных стен, равная 23 .

Термическое сопротивление многослойной ограждающей конструкции R_к находится, как сумма термических сопротивлений слоев Ri и воздушной прослойки:

(5)

Термическое сопротивление i-го слоя ограждения зависит от коэффициента теплопроводности и толщины материала

(6)

где δ_i — толщина слоя;

λ_i — удельная теплопроводность материала.

В случае многослойной конструкции, толщина теплоизоляционного слоя (утеплителя) определяется по формуле, м:

(7)

где — сумма термических сопротивлений слоёв.

Расчет фактического сопротивления 1-го варианта стены:

Материалы:

1. Штукатурка (цементно-песчаный раствор) ,
2. Кирпичная кладка из глиняного обыкновенного кирпича на цементно-песчаном растворе: , ;
3. Утеплитель — минеральная вата на синтетическом связующем (ГОСТ 9573, ГОСТ 10140,ГОСТ 22950): .

Фактическое сопротивление R_ф теплопередаче ограждающей конструкции больше требуемого сопротивления, что удовлетворяет условию: R_ф ≥ R_пр

Расчет фактического сопротивления 2-го варианта стены:

Материалы:

1. Штукатурка (цементно-песчаный раствор) ,
2. Кирпичная кладка из глиняного обыкновенного кирпича на цементно-песчаном растворе: , ;
3. Утеплитель — пенополистирол экструдированный , .

Фактическое сопротивление R_ф теплопередаче ограждающей конструкции больше приведенного сопротивления, что удовлетворяет условию: R_ф ≥ R_пр

Расчет фактического сопротивления 3-го варианта стены:

Материалы:

1. Штукатурка (цементно-песчаный раствор),
2. Кирпичная кладка из керамического пустотного кирпича на цементно-песчаном растворе: , ;
3. Утеплитель — ячеистое стекло: ,

Фактическое сопротивление R_ф теплопередаче ограждающей конструкции больше приведенного сопротивления, что удовлетворяет условию: R_ф ≥ R_пр

По результатам поведенных расчетов можно оценить зависимость толщины утеплителя от коэффициента теплопроводности материала, а именно чем ниже коэффициент, тем меньше толщина слоя утеплителя. Следует отметить, что по расчетным данным для г. Оренбурга, несмотря на соответствие всех утеплителей требованиям R_ф ≥ R_пр, наиболее предпочтительно применение пенополистирола экструдированного, в качестве теплоизоляции в многослойной ограждающей конструкции. Этот материал обладает более низким коэффициентом теплопроводности, а, следовательно, конструкция стены будет тоньше, при этом сохраняя теплоэффективность, что дает этому утеплителю преимущество.

Литература:

1. СП 131.13330.2012 Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23–01–99* (с Изменением N 2)
2. СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23–02–2003
3. Лихненко Е. В. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций гражданских зданий: Методические указания.– Оренбург: ГОУ ОГУ, 2003 –26с.
4. Мансуров, Р. Ш. Теплотехнический расчет наружных ограждений: метод. указания / Р. Ш. Мансуров.— Оренбург: ГОУ ОГУ, 2007.— 33 с.
5. http://refeteka.ru/r-167965.html