Теплозащита дома. Определяющие факторы, критерии оценки, пути оптимизации

Теплозащита дома. Определяющие факторы, критерии оценки, пути оптимизации

Современные требования к энергосбережению при эксплуатации зданий почти в 4 раза жестче, чем в советские времена. Это объясняется, прежде всего, постоянно повышающимися ценами на энергию и появлением новых эффективных теплоизоляционных материалов.

Основным документом, регламентирующим требования к теплозащите зданий, является СНиП «Тепловая защита зданий 23-02-2003» (далее СНиП). Это достаточно сложный для освоения неспециалистом документ, что и послужило поводом для написания данной статьи, где приводятся основные понятия и принципы теплотехнического расчета ограждающих конструкций дома. Нижеизложенные данные помогут сделать предварительную оценку степени теплоизоляции ограждающих конструкций, наметить пути повышения энергоэффективности дома в целом и, при необходимости, уже с большим пониманием обратиться к методике СНиПа для точного расчета.

Все нормативные данные и методики расчетов СНиП «Тепловая защита зданий 23-02-2003» направлены на обеспечении двух основных условий: санитарно-гигиенических и экономических:

1. Санитарно-гигиенические условия характеризуются тремя нормативными параметрами:

- минимально допустимой температурой внутреннего воздуха в помещении (tв) при температуре наружного воздуха в наиболее холодную пятидневку года с обеспеченностью 92% (tн), т.е. в пятидневку, холодней которой бывают только пятидневки в 8% зим в данной местности. Для жилых помещений нормативное значение tв= 20оС. Для различных районов Московской области tн = -27оС на юге области и -28оС на севере;

- максимально допустимым перепадом (Δtn) между температурой внутреннего воздуха (tв) и температурой внутренней поверхности ограждающих конструкций дома. В жилых помещениях для поверхностей наружных стен нормативное значение - Δtn= 4оС, для покрытий и чердачных перекрытий - Δtn= 3оС и для перекрытий над подвалами и подпольями - Δtn= 2оС. Этот показатель определяет вероятность выпадения конденсата на внутренних поверхностях ограждающих конструкций, величину теплового потока через ограждение и интенсивность потерь тепла всеми внутренними поверхностями дома, включая кожу человека, путем инфракрасного излучения;

- температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции (за исключением вертикальных светопрозрачных конструкций) в зоне теплопроводных включений (диафрагм, перемычек, сквозных швов из раствора, стыков панелей, ребер, шпонок и др.), в углах стен и оконных откосах, которая должна быть не ниже температуры точки росы внутреннего воздуха при расчетной температуре наружного воздуха в холодный период года (tн).

2. Экономические условия характеризуются двумя нормативными показателями:

- удельным (на 1 м2 отапливаемой площади дома, при tв- tн=1 оС, за одни сутки) расходом тепловой энергии на отопление дома qn, кДж/(м2·оС·сут). Нормативные значения qn для индивидуальных жилых домов находятся в диапазоне 70 – 140 кДж/(м2·оС·сут) и определяются в зависимости от площади дома (больше площадь – меньше qn) и его этажности (больше этажей – больше qn);

- нормативным сопротивлением теплопередаче ограждающей конструкции Rn, м2·оС/Вт, которое определяется из условия оптимального соотношения стоимости материала теплоизоляционного слоя (единовременные затраты) и стоимости тепловой энергии, проходящей через конструкцию в отопительный период (эксплуатационные расходы).

Требования к тепловой защите здания будут выполнены, если все его элементы обеспечивают соблюдение указанных выше санитарно-гигиенических и одного из двух (неважно какого) экономических условий. Языком теплотехнических терминов и символов выполнение требований к теплозащите дома звучит так:

Вариант 1. Фактические приведенные сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций (Rо, м2·оС/Вт) должны обеспечивать нормативные значения температуры внутреннего воздуха (tв= 20о для жилых помещений) и температурного перепада (Δtn) между температурой внутреннего воздуха (tв) и температурой внутренних поверхностей ограждающих конструкций, также, недопустимо появление конденсата в местах «мостиков холода», плюс, второе условие: фактический удельный расход тепловой энергии (qф) не должен превышать нормативный (qn), т.е. qф qn;

Вариант 2. Те же требования к фактическому приведенному сопротивлению теплопередаче ограждающих конструкции (Rо, м2·оС/Вт) и отсутствию конденсата, как и в варианте 1, плюс, второе условие: сопротивление теплопередаче (Rо, м2·оС/Вт) еще и должно быть не меньше нормативного сопротивления теплопередачи (Rn, м2·оС/Вт), т.е. Rо ≥ Rn. В этом варианте практически всегда второе условие перекрывает первое, т.е., уж если, Rо ≥ Rn, то санитарно-гигиенические условия выполняются тем более.

Зоны значений Rо и qф, при которых выполняются (не выполняются) условия по вариантам 1 или 2 наглядно демонстрирует график в осях R и q:

Условия выполнения нормативных требований к теплозащите дома

Условия выполнения нормативных требований к теплозащите дома

Рассмотрим выбор уровня теплозащиты наружных стен загородного жилого дома, например: двухэтажного, площадью 250 м2, для условий Московской области. Если произвести соответствующие расчеты по СНиП «Тепловая защита зданий 23-02-2003» и воспользоваться его нормативными данными, то выполнение требований СНиПа возможно при следующих значениях регламентируемых параметров:

  • по 1 варианту: Rо ≥ 1,5 м2·оС/Вт, а qn= 105 кДж/(м2·оС·сут). Это значит, что при значении сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций дома равном или большем 1,5 м2·оС/Вт, при температуре на внутренних поверхностях зон теплопроводных включений выше температуры точки росы и при значении удельного расхода тепловой энергии равном или меньшем 105 кДж/(м2·оС·сут), рассматриваемый дом будет соответствовать нормативным требованиям по теплозащите (темно зеленая зона на графике);
  • по 2 варианту: Rо ≥ 3,16 м2·оС/Вт. Это значит, что при значении сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций дома равном или большем 3,16 м2·оС/Вт и при температуре на внутренних поверхностях зон теплопроводных включений выше температуры точки росы, дом будет также соответствовать нормативным требованиям по теплозащите (светло зеленая зона на графике).

Понятно, что на практике чаще применяются решения, обеспечивающие выполнение условий по 1 варианту расчета, т.к. по нему требуется небольшое Rо, а значит и меньшая толщина (стоимость) утеплителя, чем при расчете по 2 варианту. Но, в случае 1 варианта, часто встает вопрос, каким же образом, кроме высоких значений Rо, обеспечить qn= 105 кДж/(м2·оС·сут), если даже сам СНиП по 1 варианту не требует высоких значений Rо? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно найти другие способы (кроме утолщения утеплителя) понижения теплопотерь здания и выполнения условия qф qn. Для этого рассмотрим основные пути теплопотерь дома:

Основные пути теплопотерь дома

Основные пути теплопотерь дома

Безусловно, это приблизительное соотношение теплопотерь, но оно отражает значимость каждого из них. Из рисунка видно, что помимо наружных стен, крыши и подвала, теплозащита которых, как раз и регламентируется СНиПом посредством подбора требуемого Rо, много тепла уходит через окна и расходуется на нагрев свежего наружного воздуха в системе вентиляции и (или) неорганизованного притока. Вот в этих двух последних путях теплопотерь (окна, вентиляция) и находится основной потенциал уменьшения удельного расхода тепловой энергии. Для того, чтобы использовать этот потенциал, необходимо хорошо изолировать оконные и дверные проемы, устранить «мостики холода» и чрезмерную инфильтрацию наружного воздуха в стыковых соединениях, а также правильно организовать воздухообмен в помещениях. Практика показывает, что при хорошей проработке указанных мероприятий, чтобы соответствовать требованиям СНиПа «Тепловая защита зданий 23-02-2003» по 1 варианту, в Московской области будет достаточно иметь сопротивление теплопередаче наружных стен Rо на уровне 2,4 - 2,8 м2·оС/Вт.

Рассмотрим подробнее, какую толщину однослойных наружных стен из различных материалов необходимо принимать в зависимости от сопротивлений теплопередаче, требуемых по 1 и 2 вариантам:

Требуемая толщина утеплителя

Требуемая толщина утеплителя

Понятно, что однослойные стены из эффективных теплоизоляционных материалов (вермикулит, минвата, пенополистирол и т.п.) не сделаешь, но данные диаграммы удобно использовать для ориентировочной оценки теплозащиты многослойных конструкций, где в качестве основного теплоизоляционного слоя применяются эффективные материалы.

Диаграмма показывает, что выполнение условий СНиПа по 1 варианту возможно в пределах между коричневыми и синими значениям толщин (правда, тут не стоит забывать еще про два требования: отсутствие конденсата и qф qn), а выполнение условий по 2 варианту возможно при толщинах, не меньших, чем коричневые значения (и тут не стоит забывать про требование отсутствия конденсата).

Исходя из высоких значений толщин по условиям 2 варианта, а для некоторых материалов и по условиям 1 варианта, можно сделать следующие рекомендации по конструкции наружных стен и других ограждений зданий:

  • однослойные стены, возможно проектировать из древесины, керамзитобетона, пенобетона, газобетона и из других конструктивно-теплоизоляционных материалов со схожими теплоизоляционными показателями;
  • устройство однослойных кирпичных стен не целесообразно из-за их большой требуемой толщины. Кирпичные стены необходимо дополнительно утеплять эффективными теплоизоляционными материалами из верхней части диаграммы (вермикулит, минвата, пенополистирол) или другими теплоизоляционными материалами со схожими теплоизоляционными показателями;
  • наиболее эффективным решением для наружных ограждений является многослойная конструкция с применением в качестве теплоизоляционного слоя всевозможных пенопластов, минеральных ват и других современных материалов с высокими значениями теплоизоляционных показателей.

В заключении следует отметить, что все выводы, представленные в данной статье, основаны на средних показателях строительных материалов и теплозащиты зданий и могут служить только для ориентировочных оценок. Для тех же, кто захочет провести детальный точный теплотехнический расчет конструкций своего дома, данная статья может послужить хорошей основой для использования сложной и многоэтапной методики СНиПа «Тепловая защита зданий 23-02-2003», а также, для понимания основных зависимостей и закономерностей теплового режима здания.

 просмотров: 198327  рейтинг: 183


<< назад к списку
В избранное Это нравится:3Да/0Нет
Это нравится:1Да/0Нет
cottager
Очень грамотная статья! Спасибо, теперь многое стало ясным.
Имя Цитировать Это нравится:1Да/0Нет
Это нравится:1Да/0Нет
Серж Игнатов
Очень сложно для понимание непрофессионалом. Но таблица наглядная.
Имя Цитировать Это нравится:1Да/0Нет
Это нравится:1Да/0Нет
Щелкунов Сергей
Большое спасибо за статью. Наглядно очень
Имя Цитировать Это нравится:1Да/0Нет
Текст сообщения*
Защита от автоматических сообщений
Загрузить изображение
 
ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ
#WORK_AREA#