Проведение энергосберегающей политики, повышение энергоэффективности зданий и сооружений это одна из центральных задач современного строительства в России [1]. В связи с этим особое внимание уделяется качеству теплоизоляционных материалов. В данной статье проведен теплотехнический расчет. Целью расчета является установление необходимой толщины утеплителя. В результате проведенного расчета составлена обобщающая таблица, в которой отражены основные виды теплоизоляционных материалов и их необходимые толщины.
Ключевые слова: ограждающая конструкция, отопительный период, теплотехнический расчет, термическое сопротивление, толщина конструкции.
Начало XXI века ознаменовано интенсивным развитием строительно-технологических систем, а также внедрением эффективных инновационных технологий при строительстве зданий и сооружений различного назначения [2].
Теплоизоляция крыши это один из основных этапов создания надежного и долговечного кровельного пирога, который рассчитан на длительный срок эксплуатации. Чтобы создать комфортные и оптимальные условия в здании, необходимо выбрать качественный утеплитель, а также правильно рассчитать его толщину.
Для рационального выбора заполнителя конструкции мансарды в первую очередь необходимо произвести теплотехнический расчет, в ходе которого будет рассчитана необходимая толщина утеплителя.
Теплозащитная оболочка здания должна отвечать следующим требованиям:
а) приведенное сопротивление теплопередаче отдельных ограждающих конструкций должно быть не меньше нормируемых значений (поэлементные требования);
б) удельная теплозащитная характеристика здания должна быть не больше нормируемого значения (комплексное требование);
в) температура на внутренних поверхностях ограждающих конструкций должна быть не ниже минимально допустимых значений (санитарно-гигиеническое требование) [3].
Расчетный населенный пункт: г. Санкт-Петербург;
Назначение здания: общественное;
Температура наружного воздуха: tн = -24 °С;
Температура отопительного периода: tот.п.= -1,3 °С;
Оптимальная температура внутреннего воздуха в холодный период: tв.в.= 20 °С;
Продолжительность отопительного периода: 213 суток [4].
Теплотехнический расчет состоит из нескольких этапов:
1.Определение нормы тепловой защиты по условию энергосбережения.
Нормируемое значение приведенного сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции определяется по формуле:
Rонорм = Rотр∙mр, (1)
где Rотр — базовое значение требуемого сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции, следует принимать в зависимости от градусо-суток отопительного периода, региона строительства и определять по табл.3, м2·˚С/Вт [3];
mр — коэффициент, учитывающий особенности региона строительства. В данном расчете равен 1.
Градусо-сутки отопительного периода определяются по формуле:
ГСОП = (tв.в — tот.пер.) zот.пер., (2)
где tв.в — расчетная температура внутреннего воздуха, принимаемая согласно [5] и нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений, С;
tот.пер.- средняя температура наружного воздуха, С;
zот.пер. — продолжительность, сут, периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8С.
ГСОП = (20 — (-1,3))·213 = 4536,9 ˚С·сут;
Значение требуемого сопротивления теплопередаче находится по формуле:
Rотр = а·ГСОП + b, (3)
где ГСОП — градусо-сутки отопительного периода, °С·сут, для конкретного пункта;
а,b — коэффициенты, значения которых следует принимать по данным табл. 3 для соответствующих групп зданий [3];
Для чердачного покрытия: Rотр = 0,0004·4536,9+ 1,6 = 3,41 м2·˚С/Вт.
2.Определение нормы тепловой защиты по санитарным условиям.
Нормативное сопротивление теплопередачи для ограждающей конструкции согласно санитарным условиям находится по формуле:
Rонорм = 
, (4)
где ∆tн — нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемый по табл. 5 [3];
αв — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м2·°С), принимаемый по табл. 4 [3];
Rонорм = 
= 1,26 м2·˚С/Вт.
Из приведенных выше значений за требуемое сопротивление теплопередачи принимаем Rотр = 3,41 м2·˚С/Вт.
3.Определение толщины слоя утеплителя
В качестве заполнителей рассматривается несколько вариантов для принятия более рационального. Основные варианты заполнителей: пенобетон «СОВБИ», ППУ, полистиролбетон, перлитобетон, минеральная вата, пеностекло.
На рисунке 1 изображен кровельный пирог мансарды.
Рис. 1. Конструкция кровли
Для каждого слоя крыши необходимо рассчитать термическое сопротивление по формуле:
Ri = δi/λi, (5)
где δi — толщина слоя, м;
λi — коэффициент теплопроводности, Вт/(м·˚С).
1 слой конструкции (оцинкованный лист) R1 = 0,0012/58 = 0,000021 м2·˚С/Вт,
2 слой конструкции (пароизоляция) R2 = 0,00025/0,3 = 0,00083 м2·˚С/Вт,
3 слой конструкции (утеплитель) — искомый,
4 слой конструкции (оцинкованный лист) R3= 0,0012/58 = 0,000021 м2·˚С/Вт.
Минимально допустимое (требуемое) термическое сопротивление теплоизоляционного материала находится по формуле:
Rтрут = Rотр — (
+
+ R1 + R2 + R4), (6)
где αн — коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающей конструкции Вт/(м2 · °С), принимаемый по табл. 6 [3];
Rтрут = 3,41 — (
+
+ 0,000021 + 0,00083 + 0,000021) = 3,21 м2·˚С/Вт.
Толщина заполнителя из пенобетона «СОВБИ» равна:
δ = Rтрут· λ = 3, 21·0,1 = 320 мм.
Сопротивление теплопередаче Rо, м2·°С/Вт, ограждающей конструкции определяется по формуле:
Rо = + R1 + R2 + R3 + R4 + 
, (7)
Необходимо, чтобы Rо≥ Rотр, поэтому принимаем толщину заполнителя 330 мм, тогда Rо = 
+ 0,000021 + 0,00083 + 3,3 + 0,000021 + 
= 3,49 м2·˚С/Вт > 3,41 м2·˚С/Вт — толщина утеплителя подобрана правильно.
Аналогично вычисляем для других заполнителей. Результаты вычислений заносим в таблицу 1.
Таблица 1
Результаты теплотехнического расчета
|
Показатель |
Заполнитель |
|||||
|
Пенобетон «СОВБИ» |
ППУ |
Полистирол-бетон |
Перлито-бетон |
Пеностекло |
Мин.вата |
|
|
Коэффициент теплопроводности, Вт/м·°С |
0,1 |
0,03 |
0,09 |
0,14 |
0,08 |
0,04 |
|
Термическое сопротивление Rтрут, м2·˚С |
3,21 |
3,21 |
3,21 |
3,21 |
3,21 |
3,21 |
|
Сопротивление теплопередаче Rо, м2·°С/Вт |
3,49 |
3,53 |
3,42 |
3,45 |
3,45 |
3,45 |
|
Толщина с учетом требований к термическому сопротивлению, мм |
330 |
100 |
290 |
450 |
260 |
130 |
В результате теплотехнического расчета можно сделать вывод, что для данных климатических условий толщина утеплителя крыши должна составлять 100 мм (ППУ), 130 мм (мин.вата), 260 мм (пеностекло), 290 мм (полистиролбетон), 330 мм (пенобетон «СОВБИ») и 450 мм (перлитобетон).
В первую очередь при выборе заполнителя необходимо сделать теплотехнический расчет, но, к сожалению, одного расчета недостаточно. Также стоит обратить особое внимание на стоимость утеплителя и его физико-механические свойства. Именно при комплексном анализе можно сделать самый рациональный выбор.
Литература:
- Жуков А. Д. Технология теплоизоляционных материалов: учеб. пос. Ч. 1. Теплоизоляционные материалы. Производство теплоизоляционных материалов / ГОУ ВПО Моск. гос. строит. ун-т. — М.: МГСУ, 2011. 431 с.
- Бадьин Г. М., Сычев С. А. Современные технологии строительства и реконструкции зданий// СПб.: БХВ-Петербург, 2013. 288 с.
- Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23–02–2003 [Электронный ресурс]: СП 50.13330.2012. — Введ. 2012–06–30 // СПС «КонсультантПлюс».
- Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23–01–99* [Электронный ресурс]: СП 131.13330.2012. — Введ. 2013–01–01 // СПС «КонсультантПлюс».
- Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях [Электронный ресурс]: ГОСТ 30494–2011. — Введ. 2012–07–12 // СПС «КонсультантПлюс».
- Гнездилова О. А. Анализ энергоэффективности многослойных ограждающих конструкций с различными теплоизоляционными материалами / О. А. Гнездилова // Альманах современной науки и образования. — 2013. — № 5 (72). — С. 48–53.
- Смирнова Д. В. Структурно-функциональный анализ технологий теплоизоляции мансардных крыш / Д. В. Смирнова, С. А. Сычев // 70-я Всероссийская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Актуальные проблемы современного строительства». — 2017. — № 70. — С. 100–105.
