Теплотехнический расчет позволяет избежать риска нежелательного перегрева или промерзания здания в процессе его эксплуатации. Результаты данного анализа имеют важное значение и используются при составлении проекта. Полученные показатели являются основополагающими критериями в выборе строительных материалов, организации системы отопления и даже в осуществлении планировки помещений.
Цели и задачи теплорасчета
Теплотехнический расчет здания представляет собой анализ условий возведения и эксплуатации жилого либо промышленного объекта и определение оптимальной толщины перекрытий, стен и перегородок. Главной задачей процедуры выступает расчет допустимой тепловой нагрузки здания, обеспечивающей его долгую эксплуатацию в холодное и жаркое время года.
К целям теплорасчета относятся:
- Создание и поддержание стабильного комфортного микроклимата в помещениях;
- Экономичный расход отопительных ресурсов;
- Проектирование эффективной и практичной отопительной системы, доступной в установке и обслуживании.
Комфортный микроклимат внутри здания подразумевает рациональное использование всех имеющихся тепловых источников. Это означает, что при расчетах необходимо учитывать не только показатели отопительной системы, но и влияние естественных факторов – температуру нагревания кровли и стен. Немаловажное значение уделяется также системам вентиляции и кондиционирования. Проектирование оптимальной отопительной системы должно осуществляться с учетом таких важнейших теплотехнических характеристик, как наружная температура, показатели удельной теплоемкости стеновых материалов и мощности отопления.
Значение теплотехнического расчета и данные для его проведения
Строительство зданий любого назначения начинается с проектирования. Составлять проект без данных теплорасчета не допускается. Именно теплотехнический расчет ограждающих конструкций показывает, какой должна быть толщина будущих стен и плит перекрытий, из каких материалов их следует выполнять и в какой последовательности располагать слои утеплителя.
Основой для расчетного анализа выступает следующая информация:
- Конструктивные особенности помещений – расположение перегородок, высота стен, присутствие теплоотражающих элементов;
- Местный климат – перепады температур, показатели влажности в разное время года;
- Местоположение здания относительно сторон света – учитываются показатели поглощения естественного солнечного тепла и время их максимальной величины;
- Особенности строительства – возможные механические воздействия, использование герметиков и пропиток для стен, защита от влажности и т.д.
Обеспечить соответствие микроклимата в здании установленным требованиям можно лишь при соблюдении температурного баланса оградительных внутренних конструкций. При его нарушении поступающее в помещение тепло будет поглощаться поверхностями данных элементов. В самой же комнате температура будет слишком низкой для комфортного проживания или работы людей.
Нормативные требования к осуществлению теплотехнического расчета
Мероприятия по обеспечению тепловой защиты жилых и промышленных объектов регламентируются нормами СНиПа 23-02-2003. В нормативах содержатся рекомендации по экономичному расходу энергии на отопление. Каждое требование учитывает такие факторы, как вентиляция, особенности расположения источников поступления тепла и конверсия воздушных масс внутри здания.
СНиП является федеральным законопроектом. На уровне регионов следует придерживаться территориально-строительных норм ТСН. Согласно им, выполнение теплорасчета является обязательным в отношении следующих типов зданий:
- Жилых многоквартирных и частных домов;
- Офисов, учебных и лечебных учреждений, детских садов и других общественных и муниципальных строений;
- Заводов, фабрик, производственных цехов;
- Построек сельскохозяйственного назначения;
- Амбаров и иных складских помещений.
В документе подробно изложены нормы для каждого показателя, входящего в теплотехнический расчет дома. Требования затрагивают теплоизоляцию, температурную стабильность, воздухопроницаемость и оптимальный показатель влажности. Контроль за соблюдением нормативов и техники безопасности осуществляют государственные надзорные учреждения.
Подготовка к проведению теплорасчета
Перед тем, как сделать теплотехнический расчет, инженер собирает подробную информацию о строении. Полнота сведений позволяет произвести максимально точный анализ и получить показатели, соблюдение которых обеспечит многолетнюю эксплуатацию здания и комфортное пребывание людей в нем.
В процесс подготовки входят следующие пункты:
- Тип и назначение постройки в соответствии с проектом – его отнесение к жилому, общественному либо промышленному зданию;
- Географические данные местоположения объекта;
- Климат местности;
- Расположение стен относительно сторон света;
- Размеры и материал исполнения столярных изделий – окон и дверей;
- Функциональные параметры отопительного оборудования, схема установки батарей и труб;
- Планируемое число проживающих, посетителей или сотрудников при их одновременном нахождении внутри здания;
- Характеристики стройматериалов, использованных для укладки полов, стен, потолков, устройства перекрытий и т.д.;
- Особенности систем горячего водоснабжения, кондиционирования и вентиляции;
- Общая информация о конфигурации здания, включая этажность, площадь каждого помещения и планировку комнат.
Также анализируются показатели воздухопроницаемости конструкций, которыми решено ограждать здание. Если они превышают нормы, внутреннее пространство дома будет чрезмерно охлаждаться, что негативно отразится на теплозащитных свойствах стен. Кроме того, тепловые потери способны вызвать образование сырости, что существенно снизит срок службы всего строения.
По окончании сбора данных специалист приступает непосредственно к анализу. Определять оптимальные тепловые показатели для материалов и сопротивление теплопередаче можно несколькими способами.
Способ первый. Теплотехнический расчет по показателям площадей помещений
Наиболее часто применяемый в России способ теплорасчета. Его методика заключается в простых вычислениях с учетом лишь показателя площади. Однако способ исключает характеристики климата и географического положения, а также значения температур и влажности.
Выполняется теплотехнический расчет помещения по формуле:
Q = S*100 Вт (или 150 Вт), где:
- Q – тепловое количество, требуемое для обеспечения комфортного микроклимата по всему зданию;
- S – площадь конкретного помещения;
- 100-150 Вт – удельное значение тепловой энергии, рассчитанной на обогрев 1 метра.
Указанная методика предполагает использование лишь крупных показателей, что на практике может привести к негативным последствиям.
Среди отрицательных сторон способа следует отметить высокие расходы на отопление и строительный материал. Также полученные данные могут оказаться недостаточными для создания комфортного микроклимата во внутренних пространствах строения. В результате, в зимнее время могут наблюдаться промерзания стен, а для исключения подобных ситуаций потребуется автоматизированная система контроля температурного режима.
В случае использования данной методики стоит учитывать следующие рекомендации:
- Для жилых домов принято использовать значение тепловой энергии в 100 Вт – это подходит для зданий с высотой стен до 3 метров и 1-2 единицами окон и дверей на одну стену;
- При наличии балкона, лоджии или нескольких окон по одной стене рекомендуется брать показатель тепловой энергии в 120-130 Вт;
- Для теплотехнического анализа складов и промышленных зданий следует брать коэффициент в 150 Вт;
- В случае использования радиаторов возле окон их мощность следует увеличить на 20-30%.
Недостатки метода заключаются в игнорировании важных источников теплопотерь. Между тем, их значение в формировании микроклимата внутри помещений крайне высоко.
Примерные значения теплопотерь данных источников:
- Система вентиляции – может достигать 40%;
- Кровельные скаты – до 25%;
- Оконные и дверные блоки – около 20%;
- Поверхности стен – около 30%;
- Полы при устройстве на грунтах – от 5 до 10%.
Отсутствие перечисленных уточнений способно привести к большой погрешности результата – и в отношении возможного перегрева, и касательно рисков промерзания. В большинстве случаев, инженеры производят расчеты «с запасом», из-за чего выбранное отопительное оборудование может оказать чрезмерно мощным. Оптимальным решением в подобных ситуациях является одновременная установка систем отопления и кондиционирования.
Способ второй. Анализ ограждающих конструкций по всему объему строения
Методика применима к зданиям с потолками свыше трех метров. Это касается промышленных объектов. Недостаток метода кроется в неучтенной конверсии воздушных масс. Речь идет о более теплом воздухе вверху, и более холодном – внизу.
Выполняются теплотехнические расчеты ограждений по формуле:
Q = V*41 Вт (или 34 Вт), где:
- V – наружный объем здания в кубометрах;
- 41 Вт – количество тепловой энергии, которая требуется для обогрева одного кубического метра площади строения;
- 34 Вт – применяется в случае использования современных стройматериалов.
Осуществлять теплотехнический расчет наружных ограждений рекомендуется с дополнительным использованием следующих коэффициентов:
- Для окон с двойным стеклопакетом – 1;
- Для окон с переплетом – 1,25;
- В случае применения современного утеплителя – 0,85;
- При стандартной двухслойной кирпичной кладке – 1;
- Для малой толщины стен – 1,3;
- При средней зимней температуре воздуха -10 градусов Цельсия – 0,7;
- При средней зимней температуре воздуха -15 градусов Цельсия – 0,9;
- При средней зимней температуре воздуха -20 – 1,1;
- При средней зимней температуре воздуха -25 – 1,3.
Также рекомендуется высчитать, какой процент от общей площади поверхности составляют окна. И умножить полученный результат теплорасчета на соответствующий коэффициент:
- Если окна составляют 10% от всей площади – 0,8;
- Если окна составляют 20% от вей площади – 0,9;
- Если окна составляют 30% от всей площади – 1;
- Если окна составляют 40% от всей площади – 1,1;
- Если окна составляют 50% от всей площади – 1,2.
На практике перечисленные дополнительные коэффициенты применяются редко. Однако они могут являться существенными источниками теплопотерь. Их учет позволит значительно сэкономить на покупке стройматериалов и оборудования, а также поможет создать в доме комфортные условия для проживания или работы.
Способ третий. Теплотехнический анализ с использованием коэффициентов теплопроводности материалов
Метод подразумевает акцент на используемом утеплителе. Учитывается его теплопередача, которая зависит от вида материала и общей полученной толщины. За значение утеплителя для анализа берется толщина стены.
Пример, как правильно выполняется теплотехнический расчет наружной стены при следующих исходных данных:
- Жилое помещение с угловым расположением;
- Наличие в комнате одного окна площадью 8,12 кв.м.;
- Местоположение дома – Московская область;
- Наружная площадь стеновых поверхностей – 3000*3000;
- Толщина стен составляет 200 мм.
Расчет по формуле показывает, что для обогрева одного квадрата комнаты потребуется мощность Q в 70 Вт. В случае, если толщина стены будет составлять 100 мм, параметр Q будет равняться 103 Вт. Если толщина стенового материала будет 150 мм, то количество необходимой теплоты Q составит 81 Вт.
Полученное число важно учесть при выборе отопительного оборудования и составлении схемы его проведения в помещении.
Расчет теплопотерь
Основными источниками тепловых утечек в здании являются ограждающие конструкции и вентиляционная система. Также тепло «уходит» во время сбросов теплой воды в канализацию. Для наиболее точного результата теплорасчета важно рассчитать все виды теплопотерь – и подобрать эффективные пути их компенсации.
Выполняя теплотехнический расчет стены, специалисты учитывают материал выполнения ограждающей конструкции и ее теплопроводность Кт. Данный показатель можно найти в соответствующем справочнике.
Далее применяется формула расчета термического сопротивления:
R = S/Кт
Под S понимается общая площадь стенового ограждения. Учитывайте, что подобные конструкции зачастую бывают многослойными. В таких случаях важен каждый слой – поэтому полученное значение умножают на количество слоев.
Важно помнить, что к ограждающим конструкциям относятся не только стены, но и другие элементы здания – крыша, полы, окна и двери. Поэтому рекомендуется выполнять отдельный теплотехнический расчет кровли, стен и прочих составляющих. А с учетом того, что каждая из них отличается по структуре и материалу, величину теплопотерь также следует рассчитывать отдельно для каждого элемента.
Рассчитывается данная величина по формуле:
Q = (A/R)*dT, где:
- А – величина площади в квадратных метрах;
- R – полученный ранее показатель сопротивления теплопередаче;
- dT – разница между наружной и внутренней температурой, для определения которой берутся значение наиболее холодного пятидневного периода.
Температурная разница – обязательное условие для расчетов. При этом приведенная формула отражает теплопотери лишь во время пятидневного периода в наиболее холодный период года. Для получения общего значения теплопотерь нужно приводить параметр dT к общему виду – для этого в него закладывают среднюю разницу температур за весь холодный сезон.
Далее вычисляется количество энергии, которое потребуется для компенсации полученных теплопотерь. Для этого применяется формула:
W = ((Q+Qв)*24*N)/1000, где:
- Q – количество теплопотерь через ограждающие конструкции;
- Qв – количество теплопотерь через вентиляцию;
- N – число дней отопительного периода.
Если здание возводится собственными силами, владельцу следует тщательно продумать все моменты. Важно учесть, какими по толщине будут стены, полы, кровля и перекрытие, какие материалы будут использоваться. И на основании данных проекта произвести теплорасчет с соблюдением всех рекомендаций специалистов. Это позволит подобрать экономичную и надежную систему отопления и вентиляции, работа которых обеспечит комфортные условия внутри дома и продлит срок его эксплуатации.
