Расчёт толщины теплоизоляции

В любом строительстве сразу возникает вопрос: «Какой толщины должна быть теплоизоляция стены, кровли?».

Толщина утепления, или если быть точнее термическое сопротивление, рассчитывается согласно СП 50.13330.2012.

В конце статьи вы можете скачать программу в Excel для расчёта толщины теплоизоляции и в этом же файле есть все необходимые таблицы.

Исходные данные для расчета толщины теплоизоляции

Для расчёта необходимой толщины теплоизоляции необходимы следующие данные:

1) Расчётная температура внутреннего воздуха;

2) Продолжительность и средняя температура отопительного периода;

3) Наименование ограждающих материалов (или как называют «пирог») и их параметры теплопроводности;

Расчётная температура внутреннего воздуха

Для жилых и общественных зданий назначается согласно ГОСТ 30494-2011 Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях:

Таблица 1 (ГОСТ 30494-2011) — Оптимальные и допустимые нормы температуры и относительной влажности воздуха в обслуживаемой зоне помещений жилых зданий и общежитий

Период года Наименование помещения Температура воздуха, °С Относительная влажность, %
оптимальная допустимая оптимальная допустимая, не более
Холодный Жилая комната 20-22 18-24 (20-24) 45-30 60
Жилая комната в районах с температурой наиболее холодной пятидневки (обеспеченностью 0,92) минус 31 °С и ниже 21-23 20-24 (22-24) 45-30 60
Кухня 19-21 18-26 Не нормируется Не нормируется
Туалет 19-21 18-26 Не нормируется Не нормируется
Ванная, совмещенный санузел 24-26 18-26 Не нормируется Не нормируется
Помещения для отдыха и учебных занятий 20-22 18-24 45-30 60
Межквартирный коридор 18-20 16-22 45-30 60
Вестибюль, лестничная клетка 16-18 14-20 Не нормируется Не нормируется
Кладовые 16-18 12-22 Не нормируется Не нормируется
Теплый Жилая комната 22-25 20-28 60-30 65
Примечание — Значения в скобках относятся к домам для престарелых и инвалидов.

Таблица 2 (ГОСТ 30494-2011) — Оптимальные и допустимые нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в обслуживаемой зоне детских дошкольных учреждений

Период года Наименование помещения Температура воздуха, °С Относительная влажность, %
оптимальная допустимая оптимальная допустимая, не более
Холодный Групповая раздевальная и туалет:
для ясельных и младших групп 21-23 20-24 45-30 60
для средних и дошкольных групп 19-21 18-25 45-30 60
Спальня:
для ясельных и младших групп 20-22 19-23 45-30 60
для средних и дошкольных групп 19-21 18-23 45-30 60
Вестибюль, лестничная клетка 18-20 16-22 Не нормируется Не нормируется
Теплый Групповые спальни 23-25 18-28 60-30 65

Примечания

1 В помещениях кухни, ванной и кладовой параметры воздуха следует принимать по таблице 1.

2 Для детских дошкольных учреждений, расположенных в районах с температурой наиболее холодной пятидневки (обеспеченностью 0,92) минус 31 °С и ниже, допустимую расчетную температуру воздуха в помещении следует принимать на 1 °С выше указанной в таблице 2.

Таблица 3 (ГОСТ 30494-2011) — Оптимальные и допустимые нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в обслуживаемой зоне общественных и административных зданий

Период года Наименование помещения или категория Температура воздуха, °С Относительная влажность, %
оптимальная допустимая оптимальная допустимая, не более
Холодный 1 20-22 18-24 45-30 60
2 19-21 18-23 45-30 60
20-21 19-23 45-30 60
14-16 12-17 45-30 60
18-20 16-22 45-30 60
4 17-19 15-21 45-30 60
5 20-22 20-24 45-30 60
6 16-18 14-20 Не нормируется Не нормируется
Ванные,душевые 24-26 18-28 Не нормируется Не нормируется
Теплый Помещения с постоянным пребыванием людей 23-25 18-28 60-30 65

Для рабочих помещений внутренняя температура регламентируется ГОСТ 12.1.005-88 Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны:

Таблица 1 (ГОСТ 12.1.005-88) Оптимальные и допустимые нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в рабочей зоне производственных помещений

Период года Категория
работ
Температура, °С Относительная влажность,
%
оптимальная допустимая оптимальная допустимая
на рабочих
местах
верхняя
граница
нижняя
граница
на рабочих местах
постоянных непостоянных постоянных непостоянных
Холодный Легкая — Iа 22 — 24 25 26 21 18 40 — 60 75
Легкая — Iб 21 — 23 24 25 20 17 40 — 60 75
Средней тяжести — IIа 18 — 20 23 24 17 15 40 — 60 75
Средней тяжести — IIб 17 — 19 21 23 15 13 40 — 60 75
Тяжелая — III 16 — 18 19 20 13 12 40 — 60 75
Теплый Легкая — Iа 23 — 25 28 30 22 20 40 — 60 55
(при 28 °С)
Легкая — Iб 22 — 24 28 30 21 19 40 — 60 60
(при 27 °С)
Средней тяжести — IIа 21 — 23 27 29 18 17 40 — 60 65
(при 26 °С)
Средней тяжести — IIб 20 — 22 27 29 16 15 40 — 60 70
(при 25 °С)
Тяжелая — III 18 — 20 26 28 15 13 40 — 60 75 (при 24 °С
и ниже)

Дублируют эти данные ГОСТ-ов таблицы в СанПиН 2.1.2.2645-10 Санитарно-эпидемиологические требования к условиям проживания в жилых зданиях и помещениях и СанПиН 2.2.4.548-96 Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений.

Расчётная температура принимается по минимальному значению из данных таблиц.

Условия эксплуатации конструкции

В зависимости от режима эксплуатации внутренних помещений и окружающей среды, условия эксплуатации разделяют на 2-е группы (А и Б).

Влажностной режим помещений определяется согласно Таблице 1 СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий

Таблица 1 (СП 50.13330.2012) — Влажностный режим помещений зданий

Режим Влажность внутреннего воздуха, %, при температуре, °С
до 12 свыше 12 до 24 свыше 24
Сухой До 60 До 50 До 40
Нормальный Свыше 60 до 75 Свыше 50 до 60 Свыше 40 до 50
Влажный Свыше 75 Свыше 60 до 75 Свыше 50 до 60
Мокрый Свыше 75 Свыше 60

Температуру и влажность внутреннего воздуха можно узнать по таблицам ГОСТ 30494-2011 Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях и ГОСТ 12.1.005-88 Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны (таблицы приведены в статье выше).

Зоны влажности территории России следует принимать по Карте зон влажности приложения В СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий.

termsopr05

Рисунок 1. Карта зон влажности

На основании этих данных по таблице 2 СП 50.13330.2012 назначаются условия эксплуатации ограждающих конструкций.

Таблица 2 (СП 50.13330.2012) — Условия эксплуатации ограждающих конструкций

Влажностный режим

помещений зданий

(по таблице 1 СП 50.13330.2012)

Условия эксплуатации А и Б в зоне влажности (по приложению В)
сухой нормальной влажной
Сухой А А Б
Нормальный А Б Б
Влажный или мокрый Б Б Б

Данный показатель необходим при выборе коэффициента теплопроводности и непосредственно влияет на толщину утепления т.к. впитывая в себя влагу утеплитель теряет свои теплоизолирующие свойства.

Продолжительность и средняя температура отопительного периода

Параметры наружного воздуха можно узнать в СП 131.13330.2012 Строительная климатология, Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*.

Средняя температура наружного воздуха, а также продолжительность отопительного периода принимаются согласно таблице 3.1 СП 131.13330.2012 для периода со среднесуточной температурой наружного воздуха не более 8 °С, а при проектировании лечебно-профилактических, детских учреждений и домов-интернатов для престарелых не более 10 °С;

Например для г. Уфа продолжительность отопительного периода со среднесуточной температурой воздуха ниже 8 °С — 209 дней, при этом средняя температура отопительного периода минус 6 °С. Для лечебно-профилактических, детских учреждений и домов-интернатов для престарелых нужно смотреть данные для среднесуточной температурой воздуха ниже 10 °С (224 дней, минус 5°С соответственно).

Если данного поселка нет в списке, то либо принимают ближайший пункт, который имеется в списке, либо пользуются данными метеорологических наблюдений.

Наименование ограждающих конструкций

Прежде всего необходимо определится из каких материалов будет ограждающая стена. На этапе проектирования некоторые параметры мы задаём сразу, например толщина кладки определяется расчётом на прочность, назначается марка кирпича, назначается материал основного утеплителя, а его толщина вычисляется методом подбора.
Любой материал имеет теплопроводность. Теплопроводность — это процесс переноса тепла от более нагретых частей тела к менее нагретым. Теплопроводность измеряется в Вт/(м•°С). Для ограждающих конструкций чем этот показатель ниже, тем лучше.

Термическое сопротивление — это способность тела препятствовать распространению тепла. Термическое сопротивление и теплопроводность находятся в обратно-пропорциональной зависимости и чем этот показатель выше, тем «теплее» стена. Термическое сопротивление измеряется в (м²•°С)/Вт.

Для расчётов нам необходимо знать все компоненты конструкции стены или кровли, их толщины, параметры теплопроводности компонентов. Структуру стены или кровли обычно называют «пирогом», т.е. кровельный пирог — это послойное описание компонентов кровли.

Тонкие слои, которые особо не влияют на теплопроводность конструкции, но необходимы для других целей, например пароизоляция, можно не учитывать при расчёте термического сопротивления конструкции.

Расчёт толщины теплоизоляции

Прежде всего необходимо определить ГСОП (градусо-сутки отопительного периода, °С ∙ сут/год). Данный параметр определяем по формуле 5.2 СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий:

ГСОП = (tвtот)zот, 

где tв — расчётная внутренняя температура воздуха, принимаемая по минимальным температурам согласно ГОСТ 30494-2011, ГОСТ 12.1.005-88 (см. выше);

tот, zот — средняя температура наружного воздуха, °С, и продолжительность, сут/год, отопительного периода, принимаемые по своду правил для периода со среднесуточной температурой наружного воздуха не более 8 °С, а при проектировании лечебно-профилактических, детских учреждений и домов-интернатов для престарелых не более 10 °С (принимается согласно СП 131.13330.2012 Строительная климатология).

Далее по таблице 3 СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий определяем требуемое термическое сопротивление ограждающей конструкции.

Таблица 3 (СП 50.13330.2012) — Базовые значения требуемого сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций

Здания и помещения, коэффициенты а и b Градусо-сутки отопительного периода, °С сут/год Базовые значения требуемого сопротивления теплопередаче  (м2 ∙ °С)/Вт, ограждающих конструкций
Стен Покрытий и перекрытий над проездами Перекрытий чердачных над неотапливаемыми подпольями и подвалами Окон и балконных дверей, витрин и витражей Фонарей
1 2 3 4 5 6 7
1 Жилые, лечебно-профилактические и детские учреждения, школы, интернаты, гостиницы и общежития 2000 2,1 3,2 2,8 0,3 0,3
4000 2,8 4,2 3,7 0,45 0,35
6000 3,5 5,2 4,6 0,6 0,4
8000 4,2 6,2 5,5 0,7 0,45
10000 4,9 7,2 6,4 0,75 0,5
12000 5,6 8,2 7,3 0,8 0,55
a 0,00035 0,0005 0,00045 0,000025
b 1,4 2,2 1,9 0,25
2 Общественные, кроме указанных выше, административные и бытовые, производственные и другие здания и помещения с влажным или мокрым режимом 2000 1,8 2,4 2,0 0,3 0,3
4000 2,4 3,2 2,7 0,4 0,35
6000 3,0 4,0 3,4 0,5 0,4
8000 3,6 4,8 4,1 0,6 0,45
10000 4,2 5,6 4,8 0,7 0,5
12000 4,8 6,4 5,5 0,8 0,55
a 0,0003 0,0004 0,00035 0,00005 0,000025
b 1,2 1,6 1,3 0,2 0,25
3 Производственные с сухим и нормальным режимами* 2000 1,4 2,0 1,4 0,25 0,2
4000 1,8 2,5 1,8 0,3 0,25
6000 2,2 3,0 2,2 0,35 0,3
8000 2,6 3,5 2,6 0,4 0,35
10000 3,0 4,0 3,0 0,45 0,4
12000 3,4 4,5 3,4 0,5 0,45
а 0,0002 0,00025 0,0002 0,000025 0,000025
b 1,0 1,5 1,0 0,2 0,15

Примечания

1 Значения  для величин ГСОП, отличающихся от табличных, следует определять по формуле

termsopr01

где ГСОП — градусо-сутки отопительного периода, °С сут/год, для конкретного пункта;

a, b — коэффициенты, значения которых следует принимать по данным таблицы для соответствующих групп зданий, за исключением графы 6, для группы зданий в поз. 1, где для интервала до 6000 °С ∙ сут/год: а = 0,000075, b = 0,15; для интервала 6000 — 8000 °С ∙ сут/год: а = 0,00005, b = 0,3; для интервала 8000 °С ∙ сут/год и более: а = 0,000025; b = 0,5.

2 Нормируемое значение приведенного сопротивления теплопередаче глухой части балконных дверей должно быть не менее чем в 1,5 раза выше нормируемого значения приведенного сопротивления теплопередаче светопрозрачной части этих конструкций.

3* Для зданий с избытками явной теплоты более 23 Вт/м3, нормируемые значения приведенного сопротивления теплопередаче, должны определяться для каждого конкретного здания.

Термическое сопротивление участка стены можем определить по формуле Е.6 СП 50.13330.2012:

termsopr02

где αв — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м2 ∙ °С), принимаемый согласно таблице 4 СП 50.13330.2012;

Таблица 4 (СП 50.13330.2012) — Коэффициенты теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции

Внутренняя поверхность ограждения Коэффициент теплоотдачи αв, Вт/(м2 ∙ °С)
1 Стен, полов, гладких потолков, потолков с выступающими ребрами при отношении высоты h ребер к расстоянию а, между гранями соседних ребер h/a ≤ 0,3 8,7
2 Потолков с выступающими ребрами при отношении h/a > 0,3 7,6
3 Окон 8,0
4 Зенитных фонарей 9,9
Примечание — Коэффициент теплоотдачи αв внутренней поверхности ограждающих конструкций животноводческих и птицеводческих зданий следует принимать в соответствии с СП 106.13330.

αн — коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м2 ∙ °С), принимаемый согласно таблице 6 СП 50.13330.2012;

Таблица 6 (СП 50.13330.2012) — Коэффициенты теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции

Наружная поверхность ограждающих конструкций Коэффициент теплоотдачи для зимних условий, αн, Вт/(м2 ∙ °С)
1 Наружных стен, покрытий, перекрытий над проездами и над холодными (без ограждающих стенок) подпольями в Северной строительно-климатической зоне 23
2 Перекрытий над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом, перекрытий над холодными (с ограждающими стенками) подпольями и холодными этажами в Северной строительно-климатической зоне 17
3 Перекрытий чердачных и над неотапливаемыми подвалами со световыми проемами в стенах, а также наружных стен с воздушной прослойкой, вентилируемой наружным воздухом 12
4 Перекрытий над неотапливаемыми подвалами и техническими, подпольями, не вентилируемых наружным воздухом 6

Rs — термическое сопротивление слоя однородной части фрагмента, (м2 ∙ °С)/Вт, определяемое для невентилируемых воздушных прослоек по таблице Е.1 СП 50.13330.2012, для материальных слоев по формуле Е.7 СП 50.13330.2012

termsopr03

δs — толщина слоя, м;

λs — теплопроводность материала слоя, Вт/(м ∙ °С), принимаемая по результатам испытаний в аккредитованной лаборатории; при отсутствии таких данных оно оценивается по приложению С СП 50.13330.2012.

Таблица Е.1 (СП 50.13330.2012)

Толщина воздушной прослойки, м Термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки, м2 ∙ °С/Вт
горизонтальной при потоке тепла снизу вверх и вертикальной горизонтальной при потоке тепла сверху вниз
при температуре воздуха в прослойке
положительной отрицательной положительной отрицательной
0,01 0,13 0,15 0,14 0,15
0,02 0,14 0,15 0,15 0,19
0,03 0,14 0,16 0,16 0,21
0,05 0,14 0,17 0,17 0,22
0,1 0,15 0,18 0,18 0,23
0,15 0,15 0,18 0,19 0,24
0,2 — 0,3 0,15 0,19 0,19 0,24
Примечание — При оклейке одной или обеих поверхностей воздушной прослойки алюминиевой фольгой термическое сопротивление следует увеличивать в два раза.

Увеличивая толщину утеплителя мы увеличиваем термическое сопротивление Rs, и методом подбора добиваемся, чтобы  Rбыл больше чем требуемое термическое сопротивление.

Зачем нужна такая толщина утеплителя?

Если попробовать рассчитать обычный дом из кирпича (толщина стены в 2 кирпича, 510 мм) или дом из бруса, то мы увидим, что для многих регионов такие дома не подходят по теплотехническому расчёту, однако в таких домах жить вполне комфортно, на стенах нет конденсата и многие считают что они «теплые». Однако толщина теплоизоляции подбирается сейчас по экономическим соображениям, а не техническим свойствам. Т.е. разницу в термическом сопротивлении стены вы почувствуете кошельком, а не микроклиматом помещения. Дом, утепленный согласно нормам будет расходовать меньше ресурсов на отопление и впоследствии такие вложения окупятся экономией денег при эксплуатации.

Более того, если вы строите частный дом для себя и рассчитываете его долго эксплуатировать, то можно взять толщину утеплителя больше расчётной, что впоследствии окупится.

В Европе есть стандарт «пассивных домов» или энергоэффективных домов. Термическое сопротивление таких стен раза в 2 выше чем требуют наши нормы, при том, что климат в Европе теплее.

В России тоже есть нормы энергоэффективности домов (см. таблицу 15 СП 50.13330.2012). Если проектировать утепление в точности согласно нормам, то мы получим здание класса энергоэффективности С. Увеличивая толщину утеплителя и применяя другие разработки в сфере энергоэффективности (современные окна и двери, рекуперация тепла), мы можем повысить класс энергоэффективности здания.

Примеры расчёта

1) Пример расчёта толщины утепления стены.

Литература:

1) СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003 (скачать в pdf);

2) СП 131.13330.2012 Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*(скачать в pdf);

3) ГОСТ 30494-2011 Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях;

4) ГОСТ 12.1.005-88 Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.

Для простоты расчёта я сделал не большую программку в Excel. excel

В ней вы найдете также справочную информацию: расчётные коэффициенты и температуры, карта зон влажности.

 

 

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *