Теплотехнический расчет

В северных климатических зонах большей части России при строительстве зданий и сооружений очень важно делать грамотный теплотехнический расчет. Полученные цифры являются важной информацией, которая учитывается в ходе дальнейшей проектировки. На основе этих данных выбирают строительные и отделочные материалы, определяются с типом утеплителей и т.д.

Ниже представлены основные процедуры, на которые влияет теплорасчет:

• учет при проектировке схемы несущих стен здания и расположения комнат;
• выбор и проектировка отопительной и вентиляционной систем;
• подбор строительных и отделочных материалов;
• разработка эксплуатационных условий зданий и сооружений.

Основные цели теплорасчета

• Поддержание комфортной температуры и влажности внутри помещений. Для этого необходимо учитывать не только характеристики отопления, но и естественные процессы нагрева поверхностей зданий (стены, крыша), а также работу всех возможных источников теплопродукции. Здесь же учитываются факторы вентиляции и кондиционирования построек.
• Экономия ресурсов обеспечения отопления. Для этого учитываются показатели теплоемкости строительных материалов, климатические условия региона, мощность отопительной системы.

Теплорасчет исключает установку неоправданно мощных, сложных и дорогих систем отопления, которые будет трудно монтировать и накладно эксплуатировать. Также не придется тратить лишние средства на ненужные в вашем случае виды стройматериалов и утеплителей.

Что такое теплотехнический расчет

Данное техническое мероприятие дает возможность определить оптимальные показатели (минимум и максимум) толщины несущих и ограждающих конструкций построек. Данные границы исключают промерзание и перегрев конструкций сооружений в ходе их эксплуатации. Другими словами, теплорасчет обеспечивает получение данных о реальной тепловой нагрузке построек, которая будет принята за норму.

Теплотехнические расчеты основываются на таких данных:

• схема объекта – расположение и высота стен постройки, особенности теплоотражающих конструкций и т.д.;
• характеристика климатических условий в определенной местности, температурные минимумы и максимумы, частота и рамки температурных перепадов и т.д.;
• ориентировка здания по отношению к сторонам света (учет влияния солнечного тепла);
• механические особенности и физические характеристики проектируемой постройки;
• уровень влажности воздуха, обеспеченность объекта защитными конструкциями и материалами от проникновения влаги (герметики, водоотталкивающие пропитки и т.д.);
• характеристики вентиляционных конструкций, наличие предпосылок для «парникового эффекта», характеристики паропроницаемости постройки.

Анализ вышеперечисленных параметров должен соответствовать перечню нормативов – воздухопроницаемости конструкций, показателям сопротивления теплопередаче и т.д. Рассмотрим данные требования более подробно.

Требования к расчетам и соответствующая документация

Порядок и нормативы осуществления работ в области теплозащиты строений определены согласно СНиП № 23-02-2003. Все государственные органы, регламентирующие и регулирующие сферу строительства, опираются в своей деятельности на данный документ.

Указанный документ содержит проектные решения, внедрение которых приведет к максимальной экономии теплоэнергии расходуемой на отопление построек в осенне-зимний период. Все рекомендации и требования СНиП составлены с учетом как факторов вентиляции и конверсии воздуха, так и всех ресурсов образования тепла в помещениях.

Часть информации СНиП имеет рекомендательный характер. Но ряд его пунктов входят в Перечень стандартов и правил «Федерального закона "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений". Региональные правила содержатся в ТСН – территориальных строительных нормах.

Не все типы строений подпадают под юрисдикцию данных документов. Например, эти нормы и правила не относятся к постройкам без отопления или с нерегулярным режимом отопления. Теплотехнический расчет обязательно проводится для следующих типов сооружений:

• жилые постройки (как частные, так и многоквартирные дома);
• общественные и муниципальные здания (больницы, детские сады, учебные заведения, офисы, объекты торговли и т.д.);
• производственные сооружения – фабрики, заводы, мастерские и пр.;
• любые отапливаемые объекты сельскохозяйственного назначения;
• складские помещения.

В СНиПе отражены нормативы всех технических аспектов, которые учитываются в тепловом расчете строений.

Теплотехнические требования к конструкциям:

• Теплоизоляция. Данный фактор включает в себя не только защиту от потерь тепла в холодное время года, но и противодействие перегреву строений летом. Таким образом, теплоизоляция должна быть двунаправленной – ограждать как от внешних влияний, так и от потерь тепла изнутри.
• Допустимый показатель перепада температуры воздуха внутри постройки и температуры внутренней части теплоизолирующих конструкций. Несоблюдение этого значение вызовет скопление конденсата на стенах помещений, и приведет к негативным последствиям для самочувствия и здоровья людей.
• Теплоустойчивость или температурная стабильность здания, которая заключается в защите от резких перепадов температуры в помещениях.
• Воздухопроницаемость. В данном показателе важно соблюсти баланс. В одном случае важно избежать быстрого остывания строений с потерей нагретого воздуха, в другом случае – нельзя допустить условия для создания «парникового эффекта», главной причиной которого бывают неправильно подобранные утеплители.
• Недопущение сырости. Одна из главных причин чрезмерных теплопотерь строений заключается в повышенной влажности внутри помещений.

Подробности процесса теплотехнического расчета

Процедуре теплорасчета предшествует этап сбора подробной информации о характеристиках строений. Формирование данных производится по следующему ряду пунктов:

• Предназначение постройки (жилой объект, промышленное сооружение, общественное здание и т.д.).
• Географическая широта территории, на которой будет находиться постройка.
• Климатическая характеристика региона.
• Ориентация стен объекта относительно сторон света.
• Габариты дверей и окон, вид оконных рам (пластиковые, деревянные), показатели их проницаемости.
• Усредненные данные о количестве людей (жильцы, работники, посетители), которые будут находиться в здании.
• Полный перечень стройматериалов, которые будут использованы при строительстве объекта.
• Характеристики отопительной системы, схемы прокладки труб и расположения батарей.
• Информация о системы горячего водоснабжения (при наличии).
• Данные о системе вентиляции. Учитываются как естественные источники (окна), так и специальные конструкции (вентиляторы, вытяжки и т.д.)
• Кондиционирование (при наличии).
• Полная конфигурация объекта. Общая площадь здания и отдельная площадь всех помещений и пр.

Предлагаем рассмотреть три основных способа, которые используют для теплового расчета построек. 

Методы теплотехнического расчета ограждающих конструкций

Ниже представлены три показателя, на которых основаны различные способы расчетов:

• внутренняя площадь объекта;
• объем постройки;
• совокупность коэффициентов теплопроводности стройматериалов.

Расчет по площади постройки

Это далеко не самый точный, но наиболее распространенный метод в нашей стране. Простейшие расчеты производятся на основании показателя площади. Данный способ не берет во внимание такие важные факторы как широта, климат, температурные перепады и показатели влажности. Также этот метод расчета не учитывает такие существенные источники теплопотерь, как вентиляция, кровля, двери и окна, пол на грунте и стены.

Отсутствие учета множества существенных факторов делает этот метод неточным. Произведенный таким способом тепловой расчет может давать большие погрешности.

Понимание этого заставляет проектировщиков закладывать в отопительную систему запас прочности. На практике это приводит к монтажу излишне дорогого оборудования, которое в ходе эксплуатации не использует большую часть своей мощности. Зачастую неспособность адекватно рассчитать баланс между теплопродукцией и теплопотерей приходит к перестраховке в виде установки системы кондиционирования там, где она в принципе не нужна.

Использование увеличенных показателей в качестве компенсации неточности метода приводит к следующему:

• установка неоправданно мощного отопительного оборудования;
• применение неадекватно дорогих отделочных и строительных материалов;
• усложнение контроля над температурой и влажностью в помещении;
• необходимость монтажа системы автоматизированного контроля над микроклиматом.

Формула теплорасчета по площади:

Q = S × N

Где Q – количество теплоты, которое необходимо для обеспечения комфортной температуры.

S – общая площадь отапливаемых помещений (м²).

N – удельный показатель тепловой энергии необходимой для нагрева 1 м² (Вт).

Коэффициент N колеблется в пределах от 100 до 150 Вт.

В случае если вы решили воспользоваться данным способом, учитывайте следующие рекомендации:

• При высоте потолка (стен) в пределах 3-х метров и количестве дверей и окон на одну стену от 1-го до 2-х, подставляйте в формулу N в значении 100 Вт. Под эти условия подпадает большинство частных домов и многоэтажных жилых построек.
• Если план строительного объекта предполагает балкон, лоджию или два окна, то величина удельной энергии повышается до 120-130 Вт.
• В случае теплорасчета промышленных объектов, данный показатель обычно составляет 150 Вт.
• Если радиаторы отопления будут устанавливаться рядом с оконными проемами, значение удельной энергии следует увеличить на 20-30%.

Расчет по объему здания

Как правило, данный метод применяется для строительных объектов с высотой стен более 3-х метров. В основном это объекты промышленного назначения. Объемный способ расчета не учитывает явление конверсии воздуха (разность температур воздуха у пола и у потолка). Этот момент является его существенным недостатком.

Формула расчета по объему:

Q = V × N

Где Q – количество теплоты, которое необходимо для обеспечения комфортной температуры.

V – наружный объем постройки (м3).

N – удельный показатель тепловой энергии необходимой для нагрева 1 м3 (Вт).

Если при строительстве объекта используются стандартные материалы, то величина коэффициента N составляет 41 Вт. В случае использования современных строительных материалов с повышенными показателями теплоизоляции, данное значение равно 34 Вт.

Для повышения точности данного типа расчета рекомендуется полученные результаты умножать следующие коэффициенты:

Остекление окон:

• двойной стеклопакет – 1;
• оконный переплет – 1,25.

 Виды стройматериалов:

• современные материалы с повышенной теплоизоляцией – 0,85;
• стандартные кирпичные стены – 1;
• стены малой толщины – 1,30.

Зимний температурный режим:

• -10 – 0,7;
• -15 – 0,9;
• -20 – 1,1;
• -25 – 1,3.

Процент поверхности окон от общей площади поверхности постройки:

• 10% – 0,8;
• 20% – 0,9;
• 30% – 1;
• 40% – 1,1;
• 50% – 1,2.

Учет данных коэффициентов в значительной степени повышает точность теплорасчета на основании объема строений. Сделать это совсем несложно. Но, к сожалению, на практике эта возможность используется редко.

Расчет на основе коэффициентов теплопроводности стройматериалов

Сначала рассчитываем термическое сопротивление слоев стройматериалов.

Формула расчета:

R = S/Кт

Где R – термическое сопротивление слоя материала (м2 х oС/Вт).

S – толщина слоя материала (м).

Кт – коэффициент теплопроводности материала (Вт/м х oС) – табличная величина.

Если теплоизолирующая конструкция состоит из нескольких слоев (например – кирпич, утеплитель, штукатурка), величины термического сопротивления каждого слоя складываются между собой.

Rобщ = R1 + R2 + R3

Далее рассчитываем теплопотери каждой ограждающей конструкции.

Формула расчета:

Q = (A / R) х dT

Где Q количество теплоты, которое необходимо для обеспечения комфортной температуры.

А — общая площадь конструкции (м²).

R — термическое сопротивление слоя материала (м2*oС/Вт).

dT — разница температур снаружи и внутри здания (oС).

Выводы и рекомендации

Теплотехнический расчет является важной и необходимой процедурой при строительстве любого капитального здания. Грамотно проведенные расчеты позволяют создавать постройки с комфортным микроклиматом, при этом оптимизируя затраты на строительные материалы и системы обогрева, вентиляции и кондиционирования.

В то же время теплорасчет является достаточно сложным инженерным мероприятием, с которым далеко не всегда можно справиться самостоятельно. Поэтому для решения данной задачи мы рекомендуем обращаться к профессионалам.

В компании ТЕХЛАБКОНТРОЛЬ можно провести теплотехнический расчет в Москве любой степени сложности. Наши инженеры-проектировщики обладают всеми необходимыми знаниями и опытом в этой области. Заказать теплотехнический расчет в Москве у специалистов компании ТЕХЛАБКОНТРОЛЬ - значит быть уверенным в том, что строительство не потребует лишних затрат, а готовые объекты будут максимально комфортными для жизни и труда.