Эффективность применения теплоизоляционных материалов в многослойных ограждающих конструкциях



В России, где общая площадь эксплуатируемых зданий составляет около 5 млрд м2, на отопление ежегодно расходуется около 400 млн. т условного топлива, т.е. примерно четверть энергоресурсов страны.

Одним из наиболее эффективных путей экономии энергии в строительном секторе признано сокращение потерь тепла через ограждающие конструкции (наружные стены) зданий и сооружений. Наружная дополнительная теплоизоляция ограждающих конструкций обеспечивает снижение затрат на отопление здания до 40÷50 %. Поэтому для достижения поставленной цели мы должны либо значительно увеличить толщину ограждений (что экономически нецелесообразно), либо применять эффективные теплоизоляционные материалы.

Сегодня на строительном рынке представлено огромное количество теплоизоляционных материалов. Их классифицируют по различным принципам: виду исходного сырья (органические и неорганические), по структуре (волокнистые, ячеистые, зернистые), внешнему виду и форме (рулонные, штучные, сыпучие), жесткости, теплопроводности, горючести, принципам теплопередачи и т.д. В каждом конкретном случае эффективность и эксплуатационная стойкость теплоизоляционного материала определяется его свойствами и способностью длительное время выдерживать эксплуатационные нагрузки. Для достижения этих показателей необходима достаточно простая инженерная методика расчета, позволяющая моделировать процессы переноса тепла- и влаги, протекающие в материальных слоях ограждающих конструкций во время эксплуатации, с учетом их индивидуальных свойств и особенностей климата района строительства. Большинство применяемых в настоящее время при возведении стен строительных материалов могут обеспечить требуемое сопротивление и в однослойных конструкциях, но толщина стен при этом может выходить за разумные пределы.

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: t_н = -32 [ºС] отапливаемых помещениях: t_вн = +20 [ºС]

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

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

2) Отопительный период:

Продолжительность: 195 суток [1]

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

В качестве расчетной конструкции наружной стены примем ограждение из керамического кирпича с количеством слоев, указанных на рисунке 1.

Рис. 1 – Эскиз конструкции ограждения

В соответствии с СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» найдем требуемое сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции по энергосберегающим требованиям R_0тр, (м²* ^оС)/Вт по формуле:

R_0тр= f(ГСОП), (1)

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

ГСОП = (t_в – t_оп)*z_оп, (2)

где, 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:

Затем необходимо найти фактические термические сопротивления R_ф ограждающих конструкций, которое 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:

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:

R_к = R₁ + R₂ + ... + R_n + R_в.п. , (4)

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

(5)

где δ_i – толщина слоя;

λ_i – удельная теплопроводность материала.

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

(6)

где сумма термических сопротивлений слоёв.

Расчет фактического сопротивления стены:

Материалы:

1. Штукатурка (цементно-песчаный раствор)

2. Кирпичная кладка из керамического обыкновенного кирпича на цементно-песчаном растворе:

3. Утеплитель – пенополиуретан

По результатам поведенных расчетов фактическое сопротивление R_ф теплопередаче ограждающей конструкции больше требуемого сопротивления, что удовлетворяет условию: R_ф ≥ R_треб., следовательно, для данной конструкции стены жилого дома в г. Оренбурге необходимо использовать утеплитель, толщиной 10 см.

Литература:

1. СП 131.13330.2012 Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99* (с Изменением N 2). – Минрегион России, 2012. -112с.
2. СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003. – Минрегион России, 2012. -133с.
3. ГОСТ 30494-2011 Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях;
4. Мансуров, Р. Ш. Теплотехнический расчет наружных ограждений: метод. указания / Р. Ш. Мансуров.— Оренбург : ГОУ ОГУ, 2007 .— 33 с.
5. Международный научный журнал «Молодой ученый» № 29 (133) / 2016. – Казань, 2016. - 124 с.