Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

А. Д. Калихман, В. В. Буркова

СТРОИТЕЛЬНАЯ ФИЗИКА: ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ

Часть 1

Тепловая защита зданий

Учебное пособие

Издательство Иркутского государственного технического университета

2010

2

УДК 69:53 ББК М113я73-5 К100

Рецензенты: Б. И. Пинус, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой строительных конструкций Иркутского государственного технического университета; Н. П. Коновалов, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой физики Иркутского государственного технического университета

Калихман А. Д., Буркова В. В. Строительная физика: проектирование и расчеты. Часть 1. Тепловая защита зданий: учебное пособие / А. Д. Калихман, В. В. Буркова. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2010. – 162 с. Учебное пособие «Строительная физика: проектирование и расчеты»

состоит из трех частей, которые называются «Тепловая защита зданий», «Естественное и искусственное освещение», «Акустика и защита от шума». Содержание каждой из частей обеспечивает основными сведениями об изучаемых физических средах зданий, дает навыки проектирования и расчета важных для жизнедеятельности характеристик зданий с использованием современных материалов и технологий.

Предназначено для студентов строительных и инженерно-проектировочных специальностей, для системы переподготовки и повышения квалификации в областях проектирования и строительства зданий, обеспечения необходимых условий для формирования комфортных физических сред.

© Калихман А.Д., Буркова В.В.

© Иркутский государственный технический университет, 2010

3

ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие 5 Введение 7 1. Принципы теплозащиты 11

1.1. Физические основы теплозащиты 11 1.1.1. Оценка теплового состояния ограждения 16 1.1.2. Оценка влажностного состояния ограждения 25

1.2. Энергоэффективность ограждающих конструкций и зданий 43 1.2.1. Физические представления о

тепловой эффективности 43 1.2.2. Низкое потребление энергии зданиями 48

2. Нормирование тепловой защиты зданий 55

2.1. Требования к тепловой защите зданий 56 2.1.1. Сопротивление теплопередаче элементов

ограждающих конструкций 57 2.1.2. Удельный расход тепловой энергии

на отопление здания 63 2.1.3. Защита ограждающих конструкций

от переувлажнения 66

2.2. Методика проектирования тепловой защиты зданий 69 2.2.1. Исходные данные 70 2.2.2. Правила проектирования тепловой защиты 74 2.2.3. Примеры расчета тепловой защиты 83

2.3. Микроклимат рабочих и жилых помещений 90 2.3.1. Стандарты параметров микроклимата в помещении 90 2.3.2. Тепловой комфорт в помещении 92 2.3.3. Параметры теплового состояния и их оценка 98

4

3. Проектирование и технологии тепловой защиты зданий 102 3.1. Потребление зданиями энергии на отопление 102 3.2. Проектирование пассивного дома 108

3.2.1. Технология пассивного дома 108 3.2.2. Концептуальные дома с усиленной теплоизоляцией 113

3.3. Вентилируемые фасадные системы 118

3.3.1. Методика расчета температурно-влажностных характеристик 120

3.3.2. Восстановление стеновых панелей с использованием вентилируемой фасадной системы 123

3.3.3. Использование вентилируемых фасадных систем в условиях низких температур наружного воздуха 132

3.4. Теплоизоляция ограждающих конструкций 135

3.4.1. Современные теплоизоляционные материалы 135 3.4.2. Примеры устройства теплоизоляции ограждений 138

Заключение 157 Рекомендуемая литература 159

5

ПРЕДИСЛОВИЕ Проектирование зданий предусматривает формирование искусственной

среды, отличной от окружающей среды за наружными стенами. Стабильность и комфортность создаваемых условий пребывания людей во внутреннем пространстве определяется так называемыми физическими средами, в первую очередь тепловой, световой и звуковой. В таком же порядке предусматривается их значимость в жизни человека и отношение проектировщика к важности последовательно решаемых задач.

Задачи формирования физических сред рассматриваются в дисциплине, обычно называемой «Строительной физикой», реже «Архитектурной физикой», а расширенное рассмотрение составляющих дисциплину разделов принято выделять в курсы «Строительной теплофизики», «Архитектурной и строительной светотехники», «Архитектурной и строительной акустики».

Предлагаемое учебное пособие также предусматривает разделение на три части, связанные между собой едиными подходами к изложению современных методов расчета физических сред, отображению оценок результатов расчета в практике проектирования, отношению к существующим регламентным и нормативным требованиям. Первая часть названа «Тепловая защита зданий», вторая часть «Естественное и искусственное освещение», третья часть «Акустика и защита от шума».

Общее название каждой из трех частей учебного пособия: «Строительная физика: проектирование и расчеты». В названии отражается сохраняющееся значение в практике проектирования и строительства принимаемых решений по обеспечению комфортности создаваемых физических сред пребывания человека в пространстве здания. Два последних десятилетия стали периодом появления в промышленно развитых странах и в нашей стране принципиально новых строительных материалов и конструкций, технологий возведения зданий, которые требует перехода на соответствующий новый уровень учебных и справочных пособий, изложения методических вопросов проектирования физических сред, правомерности одновременного использования появившихся сравнительно недавно и давно известных средств формирования теплового, светового и звукового режимов зданий. Существующая учебная и справочная литература по строительной физике не всегда позволяет правильно выбрать нужный метод решения задач проектирования физических сред. Возникают проблемы с правильных отражением в инженерном проектировании строгих нормативных требований, особенно в случаях реконструкции зданий и проведения ремотно-восстановительных работ.

6

Учебное пособие «Строительная физика: проектирование и расчеты» подготовлено с целью обеспечить научно обоснованными методами оценки и расчета физических характеристик помещений зданий, систематизированными материалами и современной достоверной информацией о применяемых в региональной строительной индустрии технологий, попытаться заполнить пробелы в представлении реальных проблем проектирования жизненно важных параметров зданий. Ограниченность и фрагментарность информации учебного характера о современных путях внедрения ресурсосберегающих технологий в мировой практике и нашей стране во многом сдерживает переход к широко декларируемому компетентностному подходу в образовании. Такой переход должен формировать разумное, комплексное и профессиональное отношение к выбору систем конструкций и материалов, гарантирующих долговременную и безопасную эксплуатацию проектируемых и сооружаемых зданий, существенно повысить их энергоэффективность.

В предлагаемом учебном пособии затрагиваются также важные для проектирования физических сред нормативно-технические и регламентные документы. В апреле 1996 года был принят федеральный закон № 28-ФЗ «Об энергосбережении». Принятый в конце 2002 года федеральный закон № 184-ФЗ «О техническом регулировании» предписал создать новую систему нормирования, ограничив при этом сферу применения принятых ранее ГОСТов и СНиПов строго определенными ситуациями. Старые СНиПы используются, но уже не являются обязательными документами. Установленные законом «О техническом регулировании» нормативные акты дополнились содержательным техническим регламентом «О безопасности зданий и сооружений» с впервые включенным разделом об энергосбережении. В этом же направлении действует указ Президента РФ с постановкой одной из важнейших стратегических задач страны от 4 июня 2008 года № 889 «О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики», где обозначена планируемая величина снижения к 2020 году энергоемкости валового внутреннего продукта не менее чем на 40% в сравнении с 2007 годом. Последним по времени в этом ряду стал принятый 23 ноября 2009 года федеральный закон РФ № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты российской федерации», который заменил утративший силу закон от 1996 года «Об энергосбережении».

Приведенные в учебном пособии задачи и примеры базируются на строгих физических представлениях об основных параметрах ключевых для проектирования сред создаваемых или реконструируемых объектов с учетом их региональной привязки. Важно отметить, что использование изложенных методов решения задач в случае новых конструкций, строительных материалов может приводить и к непонятным с точки зрения строительной физики результатам, что требует от обучающихся получения дополнительных данных об особенностях эксплуатации материалов и конструкций, поиска адекватных методов решения, проведения собственных исследований.

7

ВВЕДЕНИЕ Проектирование зданий относится к системной деятельности, где одной

из важных составляющих является решение задачи обеспечения комфортных внутренних физических сред для пребывания человека, в первую очередь тепловой, световой и звуковой.

Тепловая среда и комфортные параметры микроклимата помещений обычно ставятся на первое место в решении задач проектирования физических сред зданий. Учебное пособие начинается с части «Тепловая защита зданий». Такое название отвечает современному направлению в проектировании и строительстве автономных и даже энергонезависимых зданий. Известно, что промышленно развитые страны мира уже несколько десятилетий целенаправленно снижают энергетические затраты не только в строительной индустрии, но и реализуют принципы минимизации энергопотребления при последующей эксплуатации зданий. Технологии и методы обеспечения энергоэффективности базируются на развивающейся параллельно отрасли производства теплоизоляционных материалов и новых конструктивных решениях их установки. Логика развития определяется как энергетическими кризисами, так и продолжающимся ростом стоимости энергоресурсов. В России подобные работы наряду с проектированием новых общественных и жилых зданий связаны с проблемами нарастания объемов физически устаревших и нуждающихся в реконструкции зданий.

Проектирование зданий и сооружений наряду с выбором конструктивных решений, приемлемых материалов, поиском архитектурных форм и расчетом статических нагрузок обязательно касается вопросов достаточности уровня тепловой защиты будущего объекта. Достаточность теплозащиты определяется требованиями к обеспечению тепловой среды помещений и экономическими соображениями, разделяющими предполагаемые затраты на так называемые капитальные или единовременные и эксплуатационные. Комплексность и сложность анализа системной структуры упомянутых затрат позволяет только в общем случае считать очевидной зависимость стоимости отопления от значений теплоизоляционных параметров ограждающих конструкций. Однако в условиях постоянного роста стоимости энергоресурсов, в том числе идущих на отопление зданий, становится вполне понятной задача минимизации затрат тепла на эти цели.

Первые научные исследования по обоснованию принципов экономичности и энергоэффективности зданий в России относятся, по-

8

видимому, к началу прошлого века и принадлежат В. А. Сокольскому, экстраординарному профессору по строительному искусству Военной инженерной академии в Санкт-Петербурге. В 1910 году в своей диссертации «Принципы экономичности и их выражение в современном строительстве» он сформулировал ряд положений и методов расчета эффективности гражданского строительства, необходимость существенного повышения комфортности и капитальности жилища, учета условий периода эксплуатации. Сохраняет и сейчас актуальность высказанный им тезис: «Сознание вреда плохого жилья должно быть общественным, им должен проникнуться каждый и считать этот вопрос близким и кровным не из филантропических побуждений, а по ясному пониманию государственного блага».

Современный российский опыт начинается с принятой в 1992 году «Энергетической стратегии России до 2020 года», ставшей первым шагом к реализации мер по повышению энергоэффективности в нашей стране. В то время возможности для реализации стратегии были ограничены отсутствием нормативно-правовых механизмов внедрения энергосберегающих мер. Ситуация во многом изменилась в 2003 году с принятием федерального закона «Об энергосбережении», в котором уделено большое внимание повышению энергетической эффективности зданий и использования энергосберегающих материалов при их строительстве. Появление закона стимулировало принятие комплекса нормативных документов, регулирующих различные аспекты энергоэффективности на федеральном и региональном уровне.

Главными нормативными и регламентными документами с этого времени стали СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» и сопровождающий его свод правил СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий». В новом названии нормативных документов, которые до этого на протяжении более тридцати лет назывались СНиП II-А.7-71 «Строительная теплотехника. Нормы проектирования», а через некоторое время СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника. Нормы проектирования», принципиальным является прямое указание на цель и задачи нормирования. Впервые в новых нормах нашли отражение наблюдаемые во всем мире тенденции экономии энергии при обеспечении санитарно-гигиенических и оптимальных параметров микроклимата помещений и долговечности ограждающих конструкций зданий и сооружений.

Документ «Тепловая защита зданий» в преамбуле декларирует: «Эти требования рассматриваются также с точки зрения охраны окружающей среды, рационального использования невозобновляемых природных ресурсов и уменьшения влияния «парникового» эффекта, сокращения выделений двуокиси углерода и других вредных веществ в атмосферу. Настоящие нормы затрагивают часть общей задачи энергосбережения в зданиях. Одновременно с созданием эффективной тепловой защиты, в соответствии с другими нормативными документами принимаются меры по повышению эффективности инженерного оборудования зданий, снижению потерь энергии при ее выработке и транспортировке, а также по сокращению расхода тепловой

9

и электрической энергии путем автоматического управления и регулирования оборудования и инженерных систем в целом».

Рассмотрение лежащих в основе нормирования тепловой защиты зданий физических процессов включает также предусмотренные СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» три главных показателя: приведенное сопротивление теплопередаче отдельных элементов ограждающих конструкций здания; санитарно-гигиенический, включающий температурный перепад между температурами внутреннего воздуха и на поверхности ограждающих конструкций и температуру на внутренней поверхности выше температуры точки росы; удельный расход тепловой энергии на отопление здания, позволяющий варьировать величинами теплозащитных свойств различных видов ограждающих конструкций зданий с учетом объемно-планировочных решений здания и выбора систем поддержания микроклимата для достижения нормируемого значения этого показателя.

Предполагается, что нормы по тепловой защите зданий гармонизированы с аналогичными нормами промышленно развитых стран, где строительство многих зданий может быть выполнено на экономической основе с существенно более высокими показателями тепловой защиты, предусмотренными классом зданий по энергетической эффективности. Нормы предусматривают введение новых показателей энергетической эффективности зданий – удельного расхода тепловой энергии на отопление за отопительный период с учетом воздухообмена, теплопоступлений и ориентации зданий, устанавливают их классификацию и правила оценки по показателям энергетической эффективности как при проектировании и строительстве, так и в дальнейшем при эксплуатации. В территориальные строительные нормы 52 субъектов РФ введен раздел «Энергетическая эффективность в жилых и общественных зданиях». Следование нормам улучшает теплозащитные характеристики ограждающих конструкций здания в 2.5 – 3 раза и сокращает в среднем годовое энергопотребление вновь строящихся жилых зданий с 600 КВт·ч/(м2 год) до 350 КВт·ч/(м2 год).

Рассмотрению физических основ теплозащиты посвящена первая глава. Используется физическая модель процессов передачи тепла через границу, формируемую пространственной оболочкой здания, а также ограничениями, связанными с допустимостью применения условий стационарности режимов теплообмена. На базе модели выводятся основные расчетные выражения и формулы для оценки теплового и влажностного состояния ограждающих конструкций.

Нормативные требования к тепловой защите зданий рассматриваются во второй главе. Дается анализ нового подхода к регламентированию теплозащиты зданий, рекомендаций и положений по выбору уровня теплозащиты на основе теплового баланса здания, расчету приведенного сопротивления теплопередаче неоднородных ограждающих конструкций, по выполнению требований к конструктивным и архитектурным решениям зданий с точки зрения их теплозащиты. В методике проектирования приведены некоторые правила и

10

характерные примеры расчета тепловой защиты зданий. Обеспечение теплового комфорта определяется параметрами микроклимата рабочих и жилых помещений и их соответствия существующим стандартам и нормативным требованиям.

В третьей главе сделана попытка представить современные тенденции в проектировании энергоэффективных зданий и технологий тепловой защиты. В первую очередь это касается внедрения новой концепции энергосбережения в жилищном и промышленном строительстве, получившей название «пассивный дом» (passive house). Пассивные дома сейчас составляют значительную долю новых зданий в Германии, Австрии, Швейцарии и северной части Италии, экспериментальные проекты разрабатываются во всех европейских странах, Южной Корее и Китае. В США и Канаде подобная концепция, позволяющая снизить энергопотребление в четыре раза по сравнению с другими типами новых зданий, также нашла широкое распространение.

Новым средством повышения энергоэффективности зданий является внедрение в практику строительства вентилируемых фасадных систем. Такие системы значительно улучшают влажностный режим как самой конструкции наружной стены, так и помещений и здания в целом. Приводится методика расчета температурно-влажностных характеристик и ее применение при расчете параметров вентилируемых фасадных систем в городе Иркутске в процессе реализации проектов восстановления повреждений крупнопанельных зданий первой массовой застройки 1960-х годов. Очень интересными являются полученные по натурным экспериментам в Якутске результаты использования вентилируемых фасадных систем в условиях низких температур наружного воздуха.

11

Глава 1. Принципы теплозащиты 1.1. Физические основы теплозащиты Изучение процессов переноса, поглощения, трансформации тепла в

пределах здания, представляющего сложную систему ограждающих конструкций и инженерного оборудования, относится к разделам строительной физики. В свою очередь раздел физики, рассматривающий связанные с превращениями энергии тепловые явления базируется на трех опытных законах, называемых началами термодинамики. Принято считать, что для анализа теплозащиты зданий можно ограничиться феноменологической термодинамикой и положениями двух законов: о сохранении энергии для замкнутой системы, где расход подведенной тепловой энергии может идти на повышение ее внутренней энергии и на производимую против внешних сил работу, и о невозможности перехода тепла от тела с более низкой температурой к телу с более высокой температурой.

Физическая модель теплозащиты здания включает представления о процессах передачи тепла через границу или пространственную оболочку здания, отделяющую проектируемую внутреннюю среду от наружной среды, определяемой климатическими характеристиками места строительства. Существенными являются данные о параметрах оболочки или ограждающих конструкциях (стенах, покрытиях или чердачных перекрытиях, цокольных перекрытиях), которые дополняются значениями параметров внутренних помещений здания. Модель позволяет ограничиться в первом приближении рассмотрением стационарных условий, когда потоки тепла через ограждения можно считать установившимися.

Наружная и внутренняя среда помещений здания обычно связана с состоянием воздушной среды, а именно, температурой и влажностью воздуха. Поэтому в рассматриваемой физической модели теплозащиты здания должны учитываться как процессы переноса тепла или переноса энергии, так и процессы переноса воздуха и влаги или переноса массы. Параметры, определяющие величины теплового обмена и массообмена, характеризуются потенциалам переноса. Потенциалом или мерой теплового состояния вещества является его температура, а потенциалы переноса воздуха и влаги определяются парциальным давлением водяного пара или общим давлением, например, атмосферным или ветровым. Процессы переноса тепла, воздуха и влаги в ограждающих конструкциях и пространстве помещений обусловлены исключительно разностью температуры или давления в различных точках в толще ограждений или участках помещений. Количество переносимого тепла оказывается пропорциональным разности температур на рассматриваемом участке ограждения.

Тепловое состояние ограждающих конструкций, определяемое переменными во времени внешними температурными воздействиями и требованиями стабильности параметров внутренней среды, является основным

12

объектом расчетов и моделирования в задачах проектирования тепловой защиты зданий. При этом обычно разделяются теплофизические расчеты для условий холодного времени года с учетом наиболее низких температур наружного воздух, которые принято называть расчетами теплозащиты зданий, и условий для южных регионов страны в теплое время года с учетом периодического нагрева и охлаждения при ежедневном облучении здания солнцем, которые принято называть расчетами теплоустойчивости. В первом случае для расчетов температурных полей в ограждающих конструкциях обычно принимаются условия постоянства температур наружной и внутренней сред и установившейся теплопередачи, а во втором случае условия квазистационарности или установившейся периодичности теплопередачи.

Теплообмен в пределах здания и его границ подчиняется второму закону термодинамики и тепло передается в направлении от зоны с более высокой температурой к зоне с более низкой температурой. Величина теплового потока оценивается как суммарное количество теплоты, переносимое за единицу времени через тело или плоскость в пространстве, измеряемое в Дж/с = Вт , или как плотность этого потока, переносимого количества теплоты через единицу поверхности тела или объема за единицу времени Q , измеряемого в Вт/м2.

При анализе теплового режима зданий, включающего все связанные с переносом тепла процессы из более нагретой воздушной среды в другую более охлажденную среду через разделяющую их ограждающую конструкцию, можно определить их в общем случае просто теплопередачей. В твердых материалах конструкций основным видом передачи тепла принято считать теплопроводность, которая присутствует также и в аморфных средах, но менее значима, например, в воздушной среде. Однако в воздушной среде вблизи твердых поверхностей ограждений преобладающими становятся такие процессы теплообмена, как конвекция и излучение. Они являются существенными в расчетах воздушных прослоек и пустот в ограждающих конструкциях. Подобный теплообмен между поверхностью и прилегающей к ней воздушной средой с большей или меньшей температурой принято называть соответственно тепловосприятием и теплоотдачей. Таким образом, в формирующих здание средах и используемых строительных материалах наблюдаются три основных вида теплопередачи, которые требуют более детального рассмотрения.

Теплопроводность среды подразумевает направленный перенос тепла от более нагретых участков или участков с большей температурой, к участкам менее нагретым или с меньшей температурой, приводящий к выравниванию температуры. Физическими характеристиками этого вида теплопередачи через выделяемый в среде объем являются:

– площадь поперечного сечения А, перпендикулярного направлению потока передаваемого тепла, м2;

– толщина или ширина выделяемого объема δ , м;

13

– разность температур 1t и 2t в двух заданных точках объема 2t1tt −=∆ ,

˚С; – свойство материала, определяемое как коэффициент теплопроводности

λ , численно равное количеству теплоты, переносимой через единицу поверхности и единицу толщины материала при разности температур двух точек, равной единице, Вт/(м·˚С).

Применяемые в современном строительстве ограждающие конструкции включают материалы со значениями коэффициентов теплопроводности в пределах от 0.03 Вт/(м˚С) для конструкций с высокой теплоизолирующей способностью и до 100 Вт/(м˚С) и более для включаемых в конструкции сравнительно теплопроводных металлов.

Известное в физике уравнение теплопроводности или уравнение Фурье дает описание плотности потока тепла при непрерывном одномерном изменении температуры среды по оси x в виде соотношения:

dxdtλQ −= , (1)

где dxdt – скорость изменения или градиент температуры в направлении оси x ,

а знак минус показывает, что энергия переносится в направлении убывания температуры. Для однородной среды и конечной разности температур в двух точках по ширине δ выделяемого объема для плотности потока тепла за счет теплопроводности можно записать дифференциальное соотношение (1) в конечных разностях:

tQ ∆⋅=δλ

. (2)

Передача тепла конвекцией представляет собой перенос тепла потоками

газа или жидкости, вызываемой в поле силы притяжения разностью температур, а, следовательно, и разной плотностью среды. Такую конвекцию иногда называют естественной, в отличие от вынужденной, связанной, например, с механическим воздействием. Процесс, называемый конвективным теплообменом, при передаче тепла от твердой поверхности к газу или жидкости включает и теплопроводность. Величина конвективного теплообмена зависит от следующих параметров:

– площади соприкосновения А поверхности и аморфной среды, м2; – разности температур твердой поверхности и аморфной среды

2t1tt −=∆ , ̊ С;

– коэффициента теплоотдачи к

α , измеряемого в Вт/(м2·˚С ), зависящего

от вязкости и скорости среды, ламинарной или турбулентной структуры потока.

14

Для плотности потока тепла при конвективном теплообмене принимается удобное в практических расчетах соотношение:

tА

кQ ∆⋅⋅=α . (3)

Передача тепла излучением рассматривается как теплообмен в воздушной

среде между поверхностями ограждений или помещений с разной температурой, которые являются излучающими и поглощающими с соответствующей лучеиспускательной и поглощательной способностью. Излучение является также преобладающим видом общего воздействия на здание солнечной радиации. Тепловое излучение при характерных для поверхностей в помещении сравнительно низких температурах охватывает достаточно узкий диапазон длин волн и считается почти монохроматическим. При температурах поверхностей в интервале, например, от 0 до 150̊С длины волн находятся в пределах от 11 до 7 мкм.

Соотношение для теплового потока при лучистом теплообмене, без включения дополнительных коэффициентов учета формы или конфигурации поверхностей, можно ограничить как в случае теплопроводности и конвекции выражением подобного вида:

tА

лQ ∆⋅⋅=α , (4)

где

лα – коэффициент теплоотдачи излучением, зависящий от свойств обеих

поверхностей. Таким образом, процессы передачи тепла в зданиях и ограждающих

конструкциях связаны со всеми тремя видами теплообмена, которые при переносе тепла из более нагретой воздушной среды в другую более охлажденную среду сквозь ограждение называют общей теплопередачей. Для перехода от физических представлений к расчетам и численным оценкам, важным для практики проектирования необходимого уровня теплозащиты, следует дать строгие аналитические описания процессов теплопередачи и выбрать обладающие достаточной точностью справочные данные или измеренные значения большого числа коэффициентов и показателей для различных строительных материалов и воздушных сред.

Рассмотрение особенностей теплообмена между поверхностью ограждающей конструкции и воздушной средой помещения при передаче тепла конвекцией и излучением позволяет представить (3) и (4) в виде единого процесса теплопередачи и подобного по структуре выражения:

tАQ ∆⋅⋅=α , (5)

15

где α – коэффициент теплоотдачи, который может быть представлен как сумма коэффициентов передачи тепла конвекцией

кα и излучением

лα , а именно

лкααα += . При передаче тепла от внутреннего воздуха ко внутренней

поверхности ограждения величина коэффициента α может заметно изменяться в зависимости от температур поверхностей и воздушной среды помещения, размеров помещения и особенностей воздухообмена, влияющих на соотношение вкладов конвективной и лучистой теплоотдачи в общий теплообмен. В некоторых случаях при описании процессов теплопередачи используется величина, обратная коэффициенту теплоотдачи, называемая сопротивлением теплоотдаче

повR , (м2·˚С )/Вт:

α1

повR = . (6)

Связанный с теплопроводностью процесс теплопередачи и

характеризующий его коэффициент теплопроводности λ также можно представить с использованием величины, обратной так называемому

термическому сопротивлению однородной ограждающей конструкции λδ=R

толщиной δ :

R

tQ

∆= , (7)

где R – термическое сопротивление ограждения, (м2·˚С)/Вт.

Проходящее через однородную конструкцию при постоянной разности температур количество тепла Q пропорционально этой разности, и как видно из (7) тем меньше, чем меньше толщина слоя, а также тем меньше, чем меньше коэффициент теплопроводности. Термическое сопротивление ограждения определяет, таким образом, свойство слоя уменьшать проходящий через него поток тепла и характеризует его теплоизолирующую способность. Чем больше величина термического сопротивления, тем выше теплоизолирующие свойства слоя конструкции. Для многослойных конструкций общее термическое сопротивление равно сумме значений термических сопротивлений последовательно расположенных n однородных слоев:

∑=++=+++= nRnR2R1Rn

n

2

2

1

1R ......λδ

λδ

λδ

. (8)

16

1.1.1. Оценка теплового состояния ограждения Оценка потока тепла из одной среды в другую, в частности воздушную,

через ограждающую конструкцию предполагает дополнительно учет теплообмена между средой и поверхностью. При условии различия температур сред внутренней и внешней по отношению к ограждению и постоянства их величин тепловой поток принято считать установившимся или стационарным, не изменяющим своей величины и направления. Обычно в качестве таких температур принимается расчетная температура наружного воздуха в холодный период года extt , а также расчетная температура внутреннего воздуха intt в

соответствии с назначением помещения. Постоянный тепловой поток через ограждение в направлении от внутренней к внешней среде можно определить в виде:

toKQ ∆⋅= , (9)

где oK – общий коэффициент теплопередачи ограждения, exttinttt −=∆ –

разность температур внутренней и наружной среды. Тогда задача оценки потока тепла (9) из одной среды в другую сводится к определению общего коэффициента теплопередачи oK . На всех участках трансформации теплового

потока необходимо представить температурные показатели, которые в условиях стационарного потока и однородного ограждения дополняются значением температуры intτ на его внутренней поверхности и значением extτ

на его наружной поверхности. Кроме того, определение коэффициента теплоотдачи конвекцией и излучением на поверхностях ограждения α предполагает раздельное его использование как коэффициента теплоотдачи

intα внутренней поверхности и коэффициента теплоотдачи extα наружной

поверхности ограждения. Тогда описание процесса теплопередачи (9) через однородное ограждение можно представить тремя состояниями потока тепла:

– при переходе тепла от внутренней воздушной среды к внутренней поверхности ограждения

)( intinttintQ τα −= (10)

– при распространении тепла в толще ограждения

)( extintQ ττδλ −= (11)

– при переходе тепла от наружной поверхности ограждения к наружной среде

)( exttextextQ −= τα . (12)

После преобразования соотношений (10) – (12) к виду

)( intinttQint

1 τα

−= , )( extintQ ττλδ −= , )( exttextQ

ext

1 −= τα

и их суммирования

17

можно получить выражение, позволяющее определить вид общего коэффициента теплопередачи oK :

)()(

)( exttintt

ext

1

int

11

exttinttoKQ −⋅++

=−=

αλδ

α

. (13)

Величина, обратная общему коэффициенту теплопередачи обычно

называется общим сопротивлением теплопередаче oK

1oR = и равняется:

extRnRintRextRRintRext

1

int

1oR ++=++=++= ∑

αλδ

α, (14)

где int

1intR

α= – сопротивление теплоотдаче внутренней поверхности

ограждающих конструкций, ext

1extR

α= – сопротивление теплоотдаче

наружной поверхности ограждающих конструкций, R и ∑ nR – термическое

сопротивление однослойного и состоящего из n – слоев ограждения в виде суммы термического сопротивления каждого из слоев. Выражение (14) для общего сопротивления теплопередаче oR , таким образом, физически

представляет собой сумму сопротивлений переходов потока тепла последовательно от внутренней среды к внутренней поверхности ограждения, в толще ограждения и от наружной поверхности ограждения к наружной среде, а выражение (13) для потока тепла из одной среды в другую примет вид:

oRexttintt

Q−

= . (15)

На рис. 1 схематически отображены процессы теплопередачи через

поперечное сечение однородной ограждающей конструкции толщиной δ и распределение температур при постоянном потоке тепла, знаками плюс и минус отмечены внутренняя и наружная среды, а по вертикали отложены произвольные показатели температуры сред.

18

Рис 1. Схема процесса теплопередачи через однородное ограждение и

распределение температуры при установившемся потоке тепла

Видно, что распределение температуры в толще однородного ограждения является линейным. Такая зависимость следует из представления о равенстве тепловых потоков, проходящих через любое сечение в толще ограждения, и становится понятной из вида преобразованного уравнения для теплового

потока за счет теплопроводности δλ

⋅=∆ Qt . При этом наклон линии изменения

температуры, как видно из того же уравнения, можно выразить соотношением

λδQt =∆

, то есть чем больше коэффициент теплопроводности, тем круче падение

температуры в толще ограждения, или наклон температурной линии прямо пропорционален термическому сопротивлению.

Для определения температуры внутренней поверхности ограждения intτ

можно приравнять потоки тепла от внутренней среды к внутренней поверхности ограждения и через все ограждение в целом:

oRexttintt

intRintintt

Q−

=−

=τ

,

откуда

intRoR

exttinttinttint

−−=τ . (16)

19

Общее соотношение для определения температуры в любом сечении в толще ограждения можно найти из равенства потоков тепла через заданное сечение, например, температуры xτ на расстоянии x от внутренней

поверхности и через все ограждение в целом:

oRexttintt

xRintRxintt

Q−

=+

−=

τ,

откуда

)( xRintRoR

exttinttinttx +

−−=τ , (17)

где xR – термическое сопротивление ограждения от внутренней поверхности

до сечения на расстоянии x . Последнее выражение можно записать подобным образом и для значения

температуры extτ на наружной поверхности ограждения:

)( RintRoR

exttinttinttext +

−−=τ . (18)

Задача 1.1. Наружные стены многоквартирных жилых домов массовой

застройки в кирпичном и панельном исполнении, возведенные до 1990 года в городе Иркутске:

а) стеновое ограждение из кирпича глиняного обыкновенного на цементно-песчаном растворе толщиной 0.6 м и цементно-песчаной штукатурки на наружной и внутренней стороне толщиной 0.02 м; коэффициенты теплопроводностей: кирпича – 0.7 Вт/(м·˚С), штукатурки – 0.47 Вт/(м·˚С); коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности intα = 8.7 Вт/(м2·˚С);

коэффициент теплоотдачи наружной поверхности extα = 23 Вт/(м2·˚С);

б) панельное стеновое ограждение из керамзитобетона толщиной 0.35 м и покрытий фактурным слоем с наружной и внутренней сторон толщиной по 0.015 м; коэффициенты теплопроводностей: керамзитобетон на перлитовом песке – 0.35 Вт/(м·˚С), фактурного слоя – 0.7 Вт/(м·˚С).

Определить: – общее сопротивление теплопередаче стенового ограждения, – температуры на внутренней и наружной поверхности стены для зимних

условий в городе Иркутске при температуре внутреннего воздуха intt =20 С̊ и

наружного воздуха extt = – 38 С̊,

20

– распределение температуры в толще стены, построить график, – дать оценку теплозащитным свойствам ограждающей конструкции. Решение: а) стеновое ограждение из кирпича:

;)

Вт

С(м2

1.1020.0430.0420.860.0420.11523

1

0.47

0.02

0.7

0.6

0.47

0.02

8.7

1oR °=++++=++++=

С;13.950.1151.102

С)38(С20С20int °=⋅°−−°−°=τ

С;35.70.944)(0.1151.102

С)38(С20С20ext °−=+⋅°−−°−°=τ

граница штукатурка/кирпич

С;11.70.042)(0.1151.102

С)38(С20С20

ш/к °=+⋅°−−°−°=τ

граница кирпич/штукатурка

С;33.50.902)(0.1151.102

С)38(С20С20

к/ш °−=+°−−°−°=τ

расчетное распределение температур, представленное на рис. 2 а,

соответствует стационарной одномерной теплопередаче через ограждение в кирпичном исполнении и может быть достаточно близким к натурным условиях из чего следует, что при величине общего сопротивления теплопередаче порядка единицы ограждение имеет крайне низкие теплозащитные качества; как показывают расчеты температуры и график распределения температуры, разность температур внутреннего воздуха и внутренней поверхности ограждения более 6 С̊ и существует возможность промерзания ограждения в зимних условиях более чем на две трети толщины.

б) панельное стеновое ограждение из керамзитобетона:

;)

Вт

С(м2

1.20.0430.021.00.020.11523

1

0.7

0.015

0.35

0.35

0.7

0.015

8.7

1oR °=++++=++++=

С;14.40.1151.2

С)38(С20С20int °=⋅°−−°−°=τ

С;35.81.04)(0.1151.2

С)38(С20С20ext °−=+⋅°−−°−°=τ

21

граница факт-слой/бетон

С;13.470.02)(0.1151.2

С)38(С20С20

фс/б °=+⋅°−−°−°=τ

граница бетон/факт-слой

С;34.861.02)(0.1151.2

С)38(С20С20

б/фс °−=+⋅°−−°−°=τ

расчетное распределение температур, представленное на рис. 2 б,

соответствует стационарной одномерной теплопередаче через керамзитобетонное ограждение в панельном исполнении и может быть достаточно близким к натурным условиях из чего следует, что при величине общего сопротивления теплопередаче немногим более единицы ограждение имеет низкие теплозащитные качества; как показывают расчеты температуры и график распределения температуры, разность температур внутреннего воздуха и внутренней поверхности ограждения около 6 С̊ и существует возможность промерзания ограждения в зимних условиях более чем на половину его толщины.

а) б)

Рис 2. Распределение температуры на поверхностях и в толще ограждающих конструкций в кирпичном (а) и панельном (б) исполнении для зимних условий

в городе Иркутске

22

Задача 1.2. Наружные утепленные стены многоквартирных жилых домов в кирпичном и монолитном исполнении, возведенные после 2000 года в городе Иркутске:

а) трехслойное стеновое ограждение из кирпича глиняного обыкновенного в виде наружного, толщиной 0.25 м и внутреннего, толщиной 0.25 м слоев, между которыми внедрен утеплитель из пенопластовых плит толщиной 0.1 м и цементно-песчаной штукатурки на внутренней стороне толщиной 0.01 м; коэффициенты теплопроводностей: кирпича – 0.7 Вт/(м·˚С), штукатурки – 0.47 Вт/(м·˚С), пенопласта – 0.05 Вт/(м·˚С),; коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности intα = 8.7 Вт/(м2·˚С); коэффициент

теплоотдачи наружной поверхности extα = 23 Вт/(м2·˚С);

б) монолитное стеновое ограждение из железобетона толщиной 0.2 м, утеплителя из минераловатных плит с наружной стороны толщиной 0.16 м и покрытия фактурным слоем с внутренней сторон толщиной 0.015 м и с наружной стороны керамогранитной плиткой – 0.01 м, устанавливаемой на относе для возможности вентиляции фасада; коэффициенты теплопроводностей: железобетона – 1.92 Вт/(м·˚С), минераловатных плит – 0.45 Вт/(м·˚С), фактурного слоя – 0.7 Вт/(м·˚С), керамогранита – 1.7 Вт/(м·˚С).

Определить: – общее сопротивление теплопередаче стенового ограждения, – температуры на внутренней и наружной поверхности стены для зимних

условий в городе Иркутске при температуре внутреннего воздуха intt =20 С̊ и

наружного воздуха extt = – 38 С̊,

– распределение температуры в толще стены, построить график, – дать оценку теплозащитным свойствам ограждающей конструкции. Решение: а) трехслойное стеновое ограждение из кирпича и пенопласта:

;)

Вт

С(м2

2.890.0430.020.3572.00.3570.11523

1

0.47

0.01

0.7

0.25

0.05

0.1

0.7

0.25

8.7

1oR °=+++++=+++++=

С;17.70.1152.89

С)38(С20С20int °=⋅°−−°−°=τ

С;37.22.734)(0.1152.89

С)38(С20С20ext °−=+⋅°−−°−°=τ

граница штукатурка/кирпич

С;17.290.02)(0.1152.89

С)38(С20С20

ш/к °=+⋅°−−°−°=τ

23

граница кирпич/пенопласт

С;10.130.02)0.357(0.1152.89

С)38(С20С20

к/п °=++⋅°−−°−°=τ

граница пенопласт/кирпич

С;30.012.0)0.020.357(0.1152.89

С)38(С20С20

п/к °−=+++°−−°−°=τ

расчетное распределение температур, представленное на рис. 3 а, соответствует стационарной теплопередаче через трехслойное ограждение в кирпичном исполнении с утеплителем из пенопласта и может быть довольно близким к натурным условиях из чего следует, что при величине общего сопротивления теплопередаче около трех стена имеет достаточно высокие теплозащитные качества; как следует из расчета температуры и графика распределения температуры, разность температур внутреннего воздуха и внутренней поверхности ограждения составляет всего 2.3 С̊; обращенная к наружной поверхности ограждения сторона утеплителя в зимних условиях промерзает на некоторую глубину как и наружный слой кирпича, причем наиболее уязвимым является область стыка, подвергающаяся сильным воздействиям из-за отсыревания, конденсации влаги и промерзания.

б) монолитное стеновое ограждение с утеплителем из минераловатных плит:

;)

Вт

С(м2

3.840.0430.0063.560.10.020.115

23

1

1.7

0.01

0.045

0.16

1.92

0.2

0.7

0.015

8.7

1oR

°=+++++

=+++++=

С; 18.30.1153.84

С)38(С20С20int °=⋅°−−°−°=τ

С; 37.53.69)(0.1153.84

С)38(С20С20ext °−=+⋅°−−°−°=τ

граница факт-слой/ж-бетон

С;17.960.02)(0.1153.84

С)38(С20С20

фс/жб °=+⋅°−−°−°=τ

граница ж-бетон/м-в плита

С; 16.450.12)(0.1153.84

С)38(С20С20

жб/мв °=+⋅°−−°−°=τ

24

граница м-в плита/к-г плитка

С; 37.43.68)(0.1153.84

С)38(С20С20

мв/кг °−=+⋅°−−°−°=τ

расчетное распределение температур, представленное на рис. 3 б,

соответствует стационарной теплопередаче через двухслойное ограждение в монолитном исполнении с утеплителем из минераловатных плит и может быть довольно близким к натурным условиях из чего следует, что при величине общего сопротивления теплопередаче около четырех стена имеет высокие теплозащитные качества, позволяющие отнести их к категории энергоэффективных; как следует из расчета и графика распределения температуры, разности температур внутреннего воздуха и внутренней поверхности ограждения составляет 1.7 С̊; размещение утеплителя с наружной стороны ограждения практически исключает явления, связанные с промерзанием и конденсацией влаги.

а) б)

Рис 3. Распределение температуры на поверхностях и в толще утепленных

ограждающих конструкций в кирпичном (а) и монолитном (б) исполнении для зимних условий в городе Иркутске

25

1.1.2. Оценка влажностного состояния ограждения В анализе теплозащиты зданий важным является учет процессов переноса

воздуха и влаги между наружной и внутренней средой через ограждающую конструкцию. Известно, что увеличение содержания влаги в материалах ограждения может приводить к снижению теплозащитных качеств ограждающих конструкций и даже к их разрушению. Поступления влаги обычно связаны с атмосферными осадками, контактами с грунтом при отсутствии гидроизоляции, при конденсации водяного пара на поверхности и в толще ограждения. Нередко причиной повреждений при увлажнении конструкций, является не проникание дождевой воды или дефекты трубопроводов, а конденсация водяного пара. Водяным паром принято называть воду в газообразном состоянии, которая входит в состав воздушной смеси атмосферы. Внутри помещений водяной пар появляется в результате бытовой и хозяйственной деятельности, а также присутствия людей.

В зависимости от ситуации в рассматриваемом объеме воздуха может содержаться большее или меньшее количество молекул водяного пара. Весовое количество водяного пара в единице объема воздуха называют абсолютной влажностью воздуха. Создаваемое молекулами воды давление, как часть общего давления составляющих атмосферу газов, принято называть парциальным давлением водяного пара или упругостью водяного пара. При расчетах содержания и конденсации влаги в ограждениях используется величина парциального давления водяного пара или упругости водяного пара, обозначаемой буквой е и измеряемой в единицах давления паскалях, Па, соответствующих действию силы в один ньютон на метр квадратный, Н/м2. При рассматриваемых температурах абсолютная влажность воздуха с достаточной точностью оказывается пропорциональной упругости водяного пара и использование на практике той или иной величины не приводит в итоге к заметному различию результатов.

Важной особенностью водяного пара, отличающей его от идеального газа, можно считать наличие границы для максимально возможного его содержания в воздухе с данной температурой и барометрическим давлением. Выше этой границы концентрация молекул воды в воздухе быть не может, а достижение границы принято называть давлением насыщенного водяного пара или максимальной упругостью водяного пара, обозначаемой буквой Е и измеряемой в Па. Следовательно, абсолютная влажность, как и парциальное давление водяного пара, в условиях предельных значений соответствуют состоянию полного насыщения воздуха водяным паром, при котором возникает процесс его конденсации. Конденсация может проявляться в виде осаждающейся влаги на поверхностях и в толще ограждающих конструкций, наблюдаться в воздухе в виде пара или тумана.

Известно, что с ростом температуры воздуха возрастает и значение максимальной упругости водяного пара, а, следовательно, и максимально возможная концентрация водяного пара. На подобную температурную зависимость давления насыщения не влияют другие газы или твердые

26

вещества, в которых находится пар. Если температура воздуха снижается, то снижается и максимально возможная концентрация водяного пара. В процессе снижения температуры воздуха при неизменной абсолютной влажности или упругости водяного пара может отмечаться особое явление, связанное с конденсацией влаги, наблюдаемое при достижении воздухом температуры, соответствующей состоянию полного насыщения. Образующуюся в процессе конденсации воду называют росой, конденсатом, конденсационной влагой. Соответствующая температура, при которой достигается состояние полного насыщения, называется температурой точки росы или просто точкой росы dt .

Подобная терминология появилась, вероятно, по ассоциации с наблюдаемым в природе явлением выпадения росы на траве в летнее время, когда с заходом солнца и в ночное время температура воздуха снижается, достигаются условия полного насыщения и конденсации влаги на охлажденных поверхностях.

В проектировании тепловой защиты зданий принципиальной становится задача определения вероятности появления конденсата на поверхности и в толще ограждающих конструкций. В этом случае полезными являются расчеты распределения температур между внутренней и внешней средами ограждения, в толще и на поверхностях ограждения, которые сопровождают рассмотрение различных вариантов предлагаемых ограждающих конструкций для зимних или других условий, критичных по выпадению влаги и образованию конденсата.

Для определения влажности воздуха в любом его состоянии используется понятие относительной влажности. Относительная влажность воздуха ϕ выражается в процентах как отношение парциального давления или упругости водяного пара в рассматриваемой воздушной среде к значению максимальной упругости при данной температуре:

100%Е

е ⋅=ϕ . (19)

Поскольку максимально возможное содержание или концентрация

водяного пара в воздухе зависит от температуры, то и относительная влажность является величиной, зависящей от температуры. Очевидно, что при повышении температуры воздуха и сохранении неизменной упругости водяного пара или абсолютной влажности воздуха его относительная влажность будет снижаться вследствие увеличения соответствующей этой температуре максимальной упругости. Наоборот, при понижении температуры воздуха относительная влажность будет расти. В предельном варианте относительная влажность величиной в 100% возможна, когда значение упругости водяного пара достигает величин максимальной упругости, например, при снижении температуры воздуха и неизменной упругости либо при увеличении упругости водяного пара и неизменной температуре.

Проектирование ограждения должно предусматривать необходимость температуры на его внутренней поверхности, превышающей температуру точки

27

росы для данной влажности воздуха. Принимаемые в проектировании значения относительной влажности воздуха в помещениях берутся по максимальной величине допускаемой в них влажности. Обычно для жилых помещений ϕ = 55%, а для общественных зданий ϕ = 50%. Для промышленных зданий и помещений специального назначения относительная влажность воздуха берется на основании соответствующих данных. Важно учитывать и то, что от относительной влажности воздуха зависит интенсивность испарения влаги телом человека. Для постоянного пребывания человека нормальной считается относительная влажность воздуха в пределах 30-60%.

Учет влажностного состояния ограждающих конструкций в проектировании предусматривает детальный анализ процессов распространения водяного пара в толще ограждения. Внутренняя и наружная среды, разделяемые ограждением, могут отличаться не только температурой, но и значениями упругости водяного пара даже при одинаковом барометрическом давлении с обеих сторон. Разность парциальных давлений в воздушных средах должна приводить к появлению диффузионного потока молекул водяного пара в направлении от большего давления к меньшему, подобно тепловому потоку при разности температур. В зимних условиях водяной пар диффундирует из теплого помещения через ограждение наружу. В обратном направлении, например, в летний период поток может возникать, но значительно слабее из-за меньшей разности температур.

Одновременно с диффузией водяного пара в зимних условиях из наружной среды во внутреннюю происходит фильтрация воздуха, связанная с разностью парциальных давлений составляющих атмосферу газов. Парциальные давления с наружной стороны ограждения выше, что связано с меньшим парциальным давлением водяного пара с наружной стороны. Фильтрация воздуха или воздухопроницаемость ограждений, таким образом, принципиально отличается от диффузии водяного пара, представляющей сугубо молекулярное явление.

С физической точки зрения существует определенная аналогия в описании явлений передачи тепла и диффузии водяного пара. Температуру среды можно ассоциировать с упругостью водяного пара, теплопроводность материала с его паропроницаемостью, теплоотдачу поверхностей с влагообменом поверхностей, термическое сопротивление с сопротивлением паропроницанию, сопротивление теплоотдаче поверхностей с сопротивлением влагообмену поверхностей, общее сопротивление теплопередаче с общим сопротивлением паропроницанию. При этом в расчетах сопротивления паропроницанию нередко пренебрегается величинами сопротивлений влагообмену внутренней и наружной поверхностей ввиду их малости в сравнении с величинами сопротивлений паропроницанию составляющих ограждение слоев. Подобным образом для анализа сопротивления паропроницанию ограждающих конструкций и уровня защиты от переувлажнения материалов, составляющих ограждения достаточно наглядным

28

является представление расчетного распределения парциального давления или упругости водяного пара на поверхности и в толще ограждения.

Коэффициент паропроницания µ , численно характеризующий диффузию водяного пара через слой материала, показывает количество пара в миллиграммах, проходящего за один час через квадратный метр плоского слоя толщиной в один метр при разности парциальных давлений водяного пара на поверхностях слоя в один паскаль, мг/(м⋅⋅⋅⋅ч⋅⋅⋅⋅Па). В случае установившегося потока диффундирующего через однослойное ограждение толщиной δ , м, водяного пара сопротивление этому потоку материалом ограждения называется сопротивлением паропроницания vpR , м2⋅⋅⋅⋅ч⋅⋅⋅⋅Па/мг, выражается в виде

отношения:

µδ=vpR . (20)

Общее сопротивление паропроницанию многослойного ограждения

может быть записано как сумма сопротивлений отдельных слоев и сопротивлений влагообмену:

,/...//

.../

ext/vpRvpnRvp2Rvp1Rint/vpR

ext/vpRn

n

2

2

1

1int/vpRvpoR

+++++

=+++++=µδ

µδ

µδ

(21)

где vp1R / , vp2R / – сопротивление паропроницанию отдельных слоев

ограждения, int/vpR – сопротивление влагообмену внутренней поверхности,

vpextR / – сопротивление влагообмену наружной поверхности ограждения.

Внутренняя и наружная среды, разделенные ограждением, и характеризуемые значениями упругости водяного пара соответственно inte и

extе , определяют границы, между которыми изменяются величины упругости

водяного пара, диффундирующего через ограждение, в зависимости от сопротивления паропроницанию. Распределение упругости водяного пара в толще ограждения может быть получено с использованием выражения, представленного по аналогии с выражением (17) для расчета температуры в произвольной точке в толще ограждения. Для многослойной ограждающей конструкции с учетом (20) и (21) значение упругости водяного пара на границе между произвольными слоями имеет вид:

29

)/

(/

∑ −+−

−= 1n vpnRint/vpR

vpoR

exteinteintene , (22)

где ne – упругость водяного пара на внутренней поверхности n – го слоя

ограждения, ∑ −1n vpnR

/ – сумма сопротивлений паропроницанию 1n − слоев

ограждения, начиная от внутренней поверхности. Для расчета распределения упругости водяного пара в толще ограждения необходимо знание характеристик паропроницания материалов ограждения. По результатам расчета в точках на границах слов ограждения можно представить линию изменения упругости водяного пара в ограждении, при этом, чем меньше коэффициент паропроницаемости материала, тем круче падение упругости пара в слое.

Изложенный аналитический подход к описанию явлений диффузии водяного пара от внутренней воздушной среды к внешней через толщу ограждения позволяет перейти к расчетам и оценкам влажностного состояния ограждающих конструкций, включая проверку возможности конденсации влаги.

Конденсация влаги на внутренней поверхности ограждений. Опыт эксплуатации зданий показывает, что конденсация влаги на внутренней поверхности ограждений, особенно для зимних условий, является одной из основных причин увлажнения ограждений. Планирование мер устранения конденсации основано на обеспечении значения температуры на внутренней поверхности и в толще ограждения, превышающей температуру точки росы dt .

Отсутствие конденсации является следствием выполнения условия dtint >τ , а

величина превышения температуры точки росы обычно принимается порядка 2-3 С̊. С другой стороны, температура внутренней поверхности, как видно из (16), при неизменных значениях температуры внутренней и внешней сред определяется величиной сопротивления теплопередаче (14). Поэтому, чем больше значение oR , тем меньше разность или перепад температур между

внутренним воздухом и внутренней поверхностью, которую можно выразить как:

intRoR

exttinttintintt

−=−τ .

Процесс конденсации влаги на внутренней поверхности ограждений в

случае плоской стены отличается для других геометрических в плане форм, например, наружных углов, а также выступов и искривлений зданий. Из простых физических представлений следует, что для стены с наружным углом

30

площадь теплоотдачи внутренней поверхности заметно меньше площади теплоотдачи наружной поверхности и, кроме того, становится заметно меньшим коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности из-за снижения конвекционного и лучистого теплообмена. В практических расчетах для обеспечения надежности защиты проектируемых ограждений от отсыревания и промерзания может приниматься в три раза меньшая величина коэффициента теплоотдачи внутренней поверхности, и, соответственно, сопротивление теплоотдаче внутренней поверхности в три раза больше. Тогда для расчета температуры на внутренней поверхности угла

угла-intτ можно использовать

выражение:

intRoR

exttintt3intt

угла-int−

⋅−=τ . (23)

Графическое представление результатов расчета температурного поля для

стены с наружным углом при задании удвоенной в сравнении с плоской стеной величины сопротивления теплоотдаче внутренней поверхности дано на рис. 4. На рисунке приведен горизонтальный разрез однородной стены из керамзитобетона с наружным углом и изотермы для тех же условий, что и в задаче 1.1 (вариант б), где рассматривались стены многоквартирных жилых домов массовой застройки, построенных до 1990 года в городе Иркутске.

Видно, что на удаленных от наружного угла участках изотермы идут параллельно глади стены, но по мере приближения к углу искривляются и смещаются к внутренней поверхности угла, а изотерма, соответствующая + 10 С̊, выходит за пределы стены. На самой внутренней поверхности угла температура при заданных в расчете условиях составляет + 8.9 С̊, что на 5.5 градусов ниже температуры + 14.4 С̊ на удаленных от угла участках. Подобное понижение температуры на внутренней поверхности наружного угла является основной причиной отсыревания и даже промерзания стен жилых домов, возведенных еще в советское время, до введения новых норм тепловой защиты зданий.

Знание температуры внутренней поверхности intτ для различных

участков ограждения позволяет решать задачу определения предельно допустимой влажности воздуха в помещении, исключающей выпадение конденсата на внутренней поверхности. Для этого можно использовать соотношение (19), которое выражает относительную влажность воздуха ϕ через отношение парциального давления или упругости водяного пара е к максимальной упругости водяного пара Е при данной температуре внутреннего воздуха.

31

Рис 4. Распределение температуры в наружном углу панельного ограждения из керамзитобетона для зимних условий в городе Иркутске

Обычно значения максимальной упругости задаются таблично, а таблицы

дают для каждой температуры значение максимальной упругости или парциального давления насыщенного водяного пара Е . Для заданной температуры внутреннего воздуха и данных таблицы находятся либо предельные значения относительной влажности помещения, выше которой начинается конденсация на внутренней поверхности, либо предельные значения температуры внутренней поверхности, ниже которой конденсируется влага.

В таблице 1 приведены значения парциального давления насыщенного пара для температур в пределах от – 30 до + 30 С̊, причем для положительных температур даются значения через десятую долю градуса.

32

Таблица 1

Значения парциального давления насыщенного водяного пара Е , Па, для температуры воздуха от – 30 до + 30 С̊

t, °С E t, °C 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

0 611 0 611 615 620 624 629 633 639 643 648 652 -1 563 1 657 661 667 671 676 681 687 691 696 701 -2 517 2 705 711 716 721 727 732 737 743 748 753 -3 476 3 759 764 769 775 780 785 791 796 803 808 -4 437 4 813 819 825 831 836 843 848 855 860 867 -5 402 5 872 879 885 891 897 904 909 916 923 929 -6 369 6 935 941 948 956 961 968 975 981 988 995 -7 338 7 1001 1009 1016 1023 1029 1037 1044 1051 1059 1065 -8 310 8 1072 1080 1088 1095 1103 1109 1117 1125 1132 1140 -9 284 9 1148 1156 1164 1172 1180 1188 1196 1204 1212 1220 -10 260 10 1228 1236 1244 1253 1261 1269 1279 1287 1285 1304 -11 237 11 1312 1321 1331 1339 1348 1355 1365 1375 1384 1323 -12 217 12 1403 1412 1421 1431 1440 1449 1459 1468 1479 1488 -13 199 13 1497 1508 1517 1527 1537 1547 1557 1568 1577 1588 -14 181 14 1599 1609 1619 1629 1640 1651 1661 1672 1683 1695 -15 165 15 1705 1716 1727 1739 1749 1761 1772 1784 1795 1807 -16 151 16 1817 1829 1841 1853 1865 1877 1889 1901 1913 1925 -17 137 17 1937 1949 1962 1974 1986 2000 2012 2025 2037 2050 -18 125 18 2064 2077 2089 2102 2115 2129 2142 2156 2169 2182 -19 113 19 2197 2210 2225 2238 2252 2266 2281 2294 2309 2324 -20 103 20 2338 2352 2366 2381 2396 2412 2426 2441 2456 2471 -21 93 21 2488 2502 2517 2538 2542 2564 2580 2596 2612 2628 -22 85 22 2644 2660 2676 2691 2709 2725 2742 2758 2776 2792 -23 77 23 2809 2826 2842 2860 2877 2894 2913 2930 2948 2965 -24 69 24 2984 3001 3020 3038 3056 3074 3093 3112 3130 3149 -25 63 25 3168 3186 3205 3224 3244 3262 3282 3301 3321 3341 -26 57 26 3363 3381 3401 3421 3441 3461 3481 3502 3523 3544 -27 51 27 3567 3586 3608 3628 3649 3672 3692 3714 3796 3758 -28 47 28 3782 3801 3824 4846 3869 3890 3913 3937 3960 3982 -29 42 29 4005 4029 4052 4076 4100 4122 4146 4170 4194 4218 -30 38 30 4246 4268 4292 4317 4341 4366 4390 4416 4441 4466

Задача 1.3. В соответствии с исходными цифровыми данными задачи 1.1

и полученными температурными характеристиками стеновых ограждений, необходимо рассмотреть возможность выпадения конденсата на внутренних поверхностях наружных стен многоквартирных жилых домов массовой застройки в кирпичном и панельном исполнении, возведенных до 1990 года в городе Иркутске, для зимних условий в при температуре внутреннего воздуха

intt =20 С̊ и наружного воздуха extt = – 38 С̊.

33

Определить: – условия выпадения конденсата на внутренней поверхности и

предельную относительную влажность, при которой исключается выпадение конденсата на внутренней поверхности стены,

– значение предельной относительной влажности, до которой не будет происходить конденсации влаги на внутреннем углу кирпичной стены при температуре угла

угла-intτ = 8.5 С̊ и панельной стены при температуре угла

угла-intτ = 8.9 С̊,

– оценку свойств стеновых ограждений, препятствующих конденсации влаги на внутренней поверхности.

Решение: а) стеновое ограждение из кирпича: температуре внутреннего воздуха intt =20 С̊ соответствует максимальная

упругость по таблице 1 значений парциального давления водяного пара Е = 2338 Па , а известной температуре внутренней поверхности стены intτ =

13.95 С̊ соответствует по таблице 1 максимальная упругость Е = 1594 Па; относительная влажность при таких условиях, согласно формуле (19),

равна ϕ = 1594 / 2338 · 100 % = 68.2 %;

физический смысл полученной величины относительной влажности в

том, что это значение является граничным, ниже которого исключается появление конденсата на внутренней поверхности стены, а достижение и превышение которого будет приводить к конденсации влаги на поверхности;

температуре на внутреннем углу угла-intτ = 8.5 С̊ соответствует по

таблице 1 максимальная упругость Е = 1109 Па; относительная влажность при таких условиях, согласно формуле (19),

равна ϕ = 1109 / 2338 · 100% = 47.4 %;

физический смысл этого значения в том, что отсутствие конденсата в

углу возможно при относительных влажностях ниже этой величины, а достижение или превышение этой величины будет вести к конденсации влаги;

оценку свойств стенового ограждения из кирпича по условиям конденсации влаги дают полученные значения относительной влажности в углу и на поверхности стены, свидетельствующие о низких качествах ограждения при эксплуатации в зимних условиях, поскольку конденсация в углу наступает уже при величинах, соответствующих сухому влажностному режиму помещения, а на поверхности появление влаги происходит при относительной влажности в интервале, соответствующем влажному режиму помещения.

34

б) панельное стеновое ограждение из керамзитобетона: температуре внутреннего воздуха intt =20 С̊ соответствует максимальная

упругость по таблице 1 значений парциального давления водяного пара Е = 2338 Па, а известной температуре внутренней поверхности стены intτ = 14.4 С̊

соответствует по таблице 1 максимальная упругость Е = 1640 Па; относительная влажность при таких условиях, согласно формуле (19),

равна

ϕ = 1640 / 2338 · 100 % = 70.1 %; физический смысл полученной величины относительной влажности в

том, что это значение является граничным, ниже которого исключается появление конденсата на внутренней поверхности стены, а достижение и превышение которого будет приводить к конденсации влаги на поверхности;

температуре на внутреннем углу угла-intτ = 8.9 С̊ соответствует по

таблице 1 максимальная упругость Е = 1140 Па; относительная влажность при таких условиях, согласно формуле (19),

равна ϕ = 1140 / 2338 · 100% = 48.8 %;

физический смысл этого значения в том, что в углу отсутствие

конденсата будет при относительных влажностях ниже этой величины, а достижение и превышение будет вести к конденсации влаги;

оценку свойств панельного стенового ограждения из керамзитобетона по условиям конденсации влаги дают полученные значения относительной влажности в углу и на поверхности стены, свидетельствующие о низких качествах ограждения при эксплуатации в зимних условиях, поскольку конденсация в углу наступает уже при величинах, соответствующих сухому влажностному режиму помещения, а на поверхности появление влаги происходит при относительной влажности в интервале, соответствующем влажному режиму помещения.

Задача 1.4. Для панельного общественного здания, возведенного до 1990

года в городе Иркутске, необходимо проверить возможность конденсации влаги на внутренней поверхности наружных ограждений из газозолобетона для зимних условий в при температуре внутреннего воздуха intt =20 С̊ и

наружного воздуха extt = – 38 С̊. Толщина стеновой панели δ = 0.4 м, а

значение коэффициента теплопроводности газозолобетона λ = 0.44 Вт/(м·˚С), коэффициента теплоотдачи внутренней поверхности intα = 8.7 Вт/(м2·˚С),

коэффициента теплоотдачи наружной поверхности extα = 23 Вт/(м2·˚С).

35

Определить: – условия выпадения конденсата на внутренней поверхности при

относительной влажности ϕ = 70% для влажного влажностного режима помещения,

– возможность утепления стены с использованием минераловатных плит с коэффициентом теплопроводности

утеплλ = 0.07 Вт/(м·˚С) и увеличения

температуры внутренней поверхности, превышающей на 3 С̊ значение, при котором достигается условие для конденсации влаги,

– оценку свойств утепленного стенового ограждения, препятствующего конденсации влаги на внутренней поверхности.

Решение: общее сопротивление теплопередаче и температура на внутренней

поверхности панельной стены находятся с использованием формул (14) и (16):

;)

Вт

С(м2

1.060.0430.90.11523

1

0.44

0.4

8.7

1oR °=++=++=

С;13.70.1151.06

С)38(С20С20int °=⋅°−−°−°=τ

температуре внутреннего воздуха intt =20 С̊ соответствует максимальная

упругость по таблице 1 значений парциального давления водяного пара Е = 2338 Па;

при заданных условиях влажного влажностного режима помещения фактическая упругость водяного будет равна:

Па 1637100

233870

100

Ee =⋅=⋅= ϕ

;

температуре внутренней поверхности стены intτ = 13.7 С̊ соответствует

по таблице 1 максимальная упругость Е = 1568 Па; поскольку фактическая упругость водяного пара Па 1637e = превышает

величину максимальной упругости Па 1568E = , соответствующей температуре внутренней поверхности стены intτ = 13.7 С̊, то возможно выпадение

конденсата. Условием исключения выпадения конденсата является утепление стены. Пороговой температуре внутренней поверхности, при которой

прекращается конденсация влаги, для фактической упругость водяного пара Па 1637e = по таблице 1 соответствует значение intτ ′ = 14.4 С̊, а с учетом

необходимости ее превышения на 3 С̊ итоговая величина должна достигать

intτ ′ = 17.4 С̊;

36

общее сопротивление теплопередаче стены, обеспечивающей такую температуру на внутренней поверхности, находится с использованием формулы (16) и равно:

Вт

С2м2.560.115

17.4-20

(-38)-20intR

intinttexttintt

oR°⋅=⋅=

−

−=′

τ;

разность Вт

С2м1.51.06-2.56oRoR

°⋅==−′ дает величину дополнительного

сопротивления теплопередачи, которая должна быть обеспечена установкой с наружной стороны стены утеплителя из минераловатных плит, толщину которого

утеплδ просто найти по заданной величине его теплопроводности

утеплλ :

м 0.11.50.07RoRутеплутепл

=⋅=−′= )(λδ ;

установка наружной теплоизоляции в виде минераловатных плит

толщиной порядка 0.1 м на наружных панельных газозолобетонных стенах позволяет решить задачу предупреждения условий конденсации влаги на внутренней поверхности стены и приемлемой величины температуры внутренней поверхности стены.

Конденсация влаги в толще ограждения. В холодный период

фактическая упругость водяного пара внутри помещения обычно выше наружной упругости и в таких условиях водяной пар диффундирует из теплого помещения через ограждение наружу. При этом в процессе диффузии в толще ограждения водяной пар может достигать сечений с температурой, соответствующей максимальной упругости, где вероятна конденсация влаги. Поэтому для надежного проектирования необходимо знать расположения зоны или зон возможной конденсации, для чего требуются расчеты и оценки распределений температуры, максимальной упругости и упругости водяного пара.

На первом этапе определяются значения температур на внутренней и наружной поверхностях ограждения, а в случае многослойного ограждения и в местах сопряжения слоев. По этим данным находятся соответствующие значения максимальной упругости водяного пара Е , и затем значения упругости водяного пара е . Построение графиков распределения максимальной упругости водяного пара Е и упругости водяного пара е позволяет наглядно демонстрировать возможность возникновения условий конденсации влаги в толще ограждений, либо их отсутствия. На рис. 5 приведены схематически оба варианта с графиками изменения рассматриваемых величин в толще однородного ограждения и постоянной величины коэффициента паропроницания. Видно, что если линия изменения упругости водяного пара е

37

лежит ниже линии изменения максимальной упругости Е и не пересекается с ней, рис. 5 а, то условия для конденсации влаги отсутствуют. Более сложен для анализа случай, когда графики линий изменения Е и е пересекаются и свидетельствуют о возможности конденсации влаги в местах формального превышения значений е над Е , рис. 5 б.

а) б)

Рис 5. Схематические графики распределений температуры, максимальной упругости и упругости водяного пара в толще однородного ограждения и

постоянной величины коэффициента паропроницания для случая: (а) отсутствия условий для конденсации;

(б) возможности конденсации и графического определения зоны конденсации Однако следует понимать, что показанное на графике положение участка

линии е выше линии Е с физической точки зрения не имеет смысла, поскольку при равенстве значений упругости наступают условия конденсации, а сама прямая линия между точками inte и extе важна только для

предварительной оценки возможности конденсации. Для сохранения физического смысла рассматриваемого процесса

конденсации следует предположить неизменность диффузионного потока водяного пара на участках постоянства величины коэффициента паропроницания, а это возможно только путем сопряжения по касательной линия изменения е с кривой изменения Е . Тогда отрезок касательной от точки

inte до точки касания с кривой Е с одной стороны сохраняет постоянным

коэффициент паропроницания, где падение упругости водяного пара связано только с сопротивлением паропроницанию материала ограждения, а точка касания определяет границу перехода к конденсации водяного пара. Подобным

38

образом отрезок касательной от точки extе до точки касания с кривой Е

позволяет определить вторую границу перехода между конденсацией и диффузией водяного пара. Обе точки касания выделяют зону конденсации в толще ограждения, рис. 5 б, наличие и положение которой важны в процессе проектирования ограждения.

Задача 1.5. Для наружных утепленных стены многоквартирных жилых

домов в кирпичном и монолитном исполнении, возведенных после 2005 года в городе Иркутске (задача 1.2) необходимо проверить условия конденсации влаги и количественные показатели ее накопления в ограждении:

а) трехслойное стеновое ограждение из кирпича глиняного обыкновенного в виде наружного, толщиной 0.25 м и внутреннего, толщиной 0.25 м слоев, между которыми внедрен утеплитель из пенопластовых плит толщиной 0.1 м и цементно-песчаной штукатурки на внутренней стороне толщиной 0.01 м; коэффициенты паропроницаемости материалов: цементно-песчаная штукатурка – 0.09 мг/(м⋅ч⋅Па), кирпич – 0.11 мг/(м⋅ч⋅Па), пенопластовая плита – 0.05 мг/(м⋅ч⋅Па); из решения задачи 1.2 следует, что

Вт

С(м2

2.89oR )°= , С 17.7int °=τ , С 37.2ext °−=τ , С 17.29ш/к °=τ , С 10.13

к/п °=τ ,

С 30.01п/к °−=τ .

б) монолитное стеновое ограждение из железобетона толщиной 0.2 м, утеплителя из минераловатных плит с наружной стороны – 0.16 м и покрытия фактурным слоем с внутренней сторон – 0.015 м и с наружной стороны керамогранитной плиткой – 0.01 м, устанавливаемой на относе для возможности вентиляции фасада; коэффициенты паропроницаемости материалов: фактурный слой – 0.08 мг/(м⋅ч⋅Па), железобетон – 0.03 мг/(м⋅ч⋅Па), минераловатная плита – 0.4 мг/(м⋅ч⋅Па); из решения задачи 1.2 следует, что

Вт

С(м2

3.84oR )°= , С 18.3int °=τ , С 37.5ext °−=τ , С 17.96фс/жб °=τ ,

С 16.45жб/мв °=τ , С 37.4

мв/кг °−=τ .

Определить: – распределение максимальной упругости водяного пара в стеновом

ограждении; – распределение упругости водяного пара в стеновом ограждении для

зимних условий в городе Иркутске при температуре внутреннего воздуха

intt =20 С̊ и наружного воздуха extt = – 38 С̊, внутреннего нормального

влажностного режима – intϕ = 50%, наружной относительной влажности

наиболее холодного месяца – extϕ = 80%;

– расположение зоны возможной конденсации (показать графически), количество конденсирующейся влаги для наиболее холодного месяца;

– оценку утепленным ограждениям по условию конденсации влаги.

39

Решение: а) трехслойное стеновое ограждение из кирпича и пенопласта: для значений температуры на поверхностях и в толще ограждения на

границах слоев по таблице 1 находится соответствующая максимальная упругость водяного пара:

С 20intt °= – Е=2338 Па,

С 17.7int °=τ – Е=2025 Па,

С 17.29ш/к °=τ – Е=1973 Па,

С 10.13к/п °=τ – Е=1238 Па,

С 30.01п/к °−=τ – Е=38 Па,

С 37.2ext °−=τ – Е=17.8 Па,

С 38extt °−= – Е=16 Па;

находятся значения упругости водяного пара на поверхностях

ограждения: внутренней и наружной по формуле (19) –

Па 1012100

202550

100

Eintе =⋅=⋅= ϕ

, Па 12.8100

1680

100

Eextе =⋅=⋅= ϕ

,

общее сопротивление паропроницанию по формуле (21), пренебрегая сопротивлением влагообмену у внутренней и наружной поверхностей (обычно принимаются равными в практических расчетах

мг

Пач2м0.0266int/vpR

⋅⋅= и мг

Пач2м0.0133ext/vpR

⋅⋅= ) –

6.650.11

0.25

0.05

0.1

0.11

0.25

0.09

0.01

4

4

3

3

2

2

1

1vpoR =+++=+++=

µδ

µδ

µδ

µδ

/ (м2⋅ч⋅Па)/мг,

значения упругости водяного пара на границах слоев по формуле (22)

9950.09

0.01

6.65

12.8101210121n vpn

Rint/vpRvpo

Rexteinte

inteш/ке =⋅−−∑ =−+

−−= )

/(

/ Па,

40

6540.11

0.25

0.09

0.01

6.65

12.810121012

к/пе =

+⋅−−= Па,

3530.05

0.1

0.11

0.25

0.09

0.01

6.65

12.810121012

п/ке =

++⋅−−= Па;

поскольку в толще ограждения обнаруживается участок превышения

упругости водяного пара значения максимальной упругости водяного пара (как в случае на схеме рис. 5 б), касательная из точки Па 1012intе = к линии Е в

толще ограждения приходится на границу между пенопластом и наружным слоем кирпича, где Е=38 Па и где возникает одна границы зоны конденсации; вторая граница определяется касательной к линии Е от наружной поверхности из точки Па 12.8extе = и приходится на значение Е=27 Па на глубине 0.15 м от

наружной поверхности ограждения (находится графически или приближенным расчетом), а сама зона, таким образом, составляет 0.1 м;

количество конденсирующейся влаги в единицу времени z через 1 м2 поверхности ограждения для наиболее холодного месяца (30 дней х 24 часа = 720) можно найти по разности потоков водяного пара, через найденные границы конденсации, обозначенные индексами 1 и 2:

;)(

))()(

()(

2мг 1197200.15

12.8)(270.11

0.61

38)(10120.11

z2

exte2

eк

1

1einte

кzp2vРp1vРP

=⋅−⋅−−⋅

=⋅−⋅

−−⋅

=⋅−=δ

µδ

µω

результаты анализа условий конденсации влаги в толще утепленного

трехслойного ограждения, приведенные на рис. 6 а, показывают, что рассматриваемое ограждение, обладающее достаточно высокими теплозащитными качествами, допускает в холодное время конденсацию влаги в зоне сопряжения утеплителя из пенопласта и наружного слоя кирпича, причем оценка накопление влаги в объеме 119 г/м2 указывает на возможность отрицательного воздействия как на утеплитель, так и на кирпич в зоне конденсации влаги.

б) монолитное стеновое ограждение с утеплителем из минераловатных

плит: для значений температуры на поверхностях и в толще ограждения на

границах слоев по таблице 1 находится соответствующая максимальная упругость водяного пара:

41

С 20intt °= – Е=2338 Па,

С 18.3int °=τ – Е=2102 Па,

С 17.96фс/жб °=τ – Е=2061 Па,

С 16.45жб/мв °=τ – Е=1871 Па,

С 37.4мв/кг °−=τ – Е=17.2 Па,

С 37.5ext °−=τ – Е=17 Па,

С 38extt °−= – Е=16 Па;

находятся значения упругости водяного пара на поверхностях

ограждения: внутренней и наружной по формуле (19):

Па 1051100

210250

100

Eintе =⋅=⋅= ϕ

, Па 12.8100

1680

100

Eextе =⋅=⋅= ϕ

,

общее сопротивление паропроницанию по формуле (21), с учетом сопротивления влагообмену у внутренней и наружной поверхностей (обычно принимаются равными в практических расчетах

мг

Пач2м0.0266int/vpR

⋅⋅= и мг

Пач2м0.0133ext/vpR

⋅⋅= ) –

0.01330.0266 ,7.290.4

0.16

0.03

0.2

0.08

0.015

ext/vpR3

3

2

2

1

1int/vpRvpoR

=++++

=++++=µδ

µδ

µδ

/

значения упругости водяного пара на границах слоев по формуле (22)

,Па 10210.02667.29

12.810511051

0.08

0.015

1n vpnRint/vpR

vpoR

exteinteinte

фс/жбе

=−−

∑

+

=−+−

−=

)(

)/

(/

,Па 710.03

0.2

0.08

0.0150.0266

7.29

12.810511051

жб/мве =

++⋅−−=

; Па 140.4

0.16

0.03

0.2

0.08

0.0150.0266

7.29

12.810511051

мв/кге =

+++⋅−−=

42

поскольку в толще ограждения на всех участках составляющих слоев и на их стыках значения максимальной упругости водяного пара превышают значения упругости водяного пара (как в случае на схеме рис. 5 а), не возникает условий для конденсации влаги и ее накопления;

результаты анализа условий конденсации влаги в толще монолитного стенового ограждения с утеплителем, приведенные на рис. 6 б, показывают, что рассматриваемое ограждение, обладающее высокими теплозащитными качествами, исключает конденсацию влаги в ограждении.

а) б)

Рис 6. Распределение максимальной упругости водяного пара Е и упругости водяного пара е в толще утепленных ограждающих конструкций в кирпичном (а) и монолитном (б) исполнении для зимних условий в городе Иркутске: зона

конденсации – наклонная штриховка снизу вверх, Е – пунктирная линия, е – штрихпунктирная линия, показаны касательные к линии Е , определяющие

зону конденсации влаги

43

1.2. Энергоэффективность ограждающих конструкций и зданий 1.2.1. Физические представления о тепловой эффективности Полного и однозначного определения зданий, относящихся к категории

энергоэффективных, по-видимому, не существует. Тепловая эффективность обычно оценивается по уровню потребления энергии, используемой на отопление горячее водоснабжение, кондиционирование воздуха. Кроме относительных характеристик уровня энергопотребления, необходимо включение и ряда абсолютных показателей, связанных с пространственными параметрами здания. В книге Табунщикова Ю.А. и Бородач М.М. «Математическое моделирование и оптимизация тепловой эффективности зданий» (2002) предлагается использовать два понятия: энергоэффективные здания и энергоэкономичные здания. Энергоэффективное здание включает в себя совокупность архитектурных и инженерных решений, наилучшим образом отвечающих целям минимизации расходования энергии на обеспечение комфортных условий в помещениях здания. Энергоэкономичное здание включает в себя отдельные решения или систему решений, направленных на снижение расхода энергии для обеспечения комфортных условий в помещениях здания. Приведенные определения позволяют составить представления об отличиях между энергоэффективными и энергоэкономичными зданиями как на стадии проектирования, так и в условия их эксплуатации.

В качестве путей повышения тепловой эффективности зданий применяются методы оптимизации теплозащиты ограждающих конструкций, поиски и выбор архитектурно-планировочных решений, применение современных инженерных систем и доступных альтернативных источников энергии. Под оптимизацией теплозащиты ограждений обычно принимается разработка конструкций с минимальным расходом тепла на эксплуатацию зданий при минимальной их стоимости, но с условием одновременного полного сохранения функциональных требований. Достижение минимальных теплопотерь прямо связано с увеличением толщины теплоизоляции, увеличивающей общее сопротивление теплопередаче, а также с улучшением влажностного режима ограждений, улучшения конструкций горизонтальных и вертикальных стыков, оптимизацией размеров и площади остекления. Поиски и выбор архитектурно-планировочных решений проводятся в рамках рассматриваемого типа здания на основе учета климатических характеристик района строительства и ландшафта местности. В результате обосновывается выбор ориентации здания, фасадов с особым вниманием к направлению господствующих ветров, возможного уменьшения площади наружной поверхности здания, снижающего общие теплопотери, рациональной планировки внутренних помещений.

Количественные характеристики здания, позволяющие отнести его к категории энергоэффективного, можно определить по значениям тепловых потерь на единицу площади ограждения или удельным теплопотерям. Этот

44

параметр считается наиболее важным, поскольку считается, что на ограждающие конструкции проходится примерно половина всех теплопотерь, а вторая половина приходится на перенос тепла вентилируемого воздуха и на использованную горячую воду. Поскольку удельные теплопотери или удельный тепловой поток через ограждающие конструкции пропорциональны разности температур наружного и внутреннего воздуха в помещении по обеим сторонам ограждения и обратно пропорциональны общему сопротивлению теплопередаче, уравнение (15), очень наглядным является графическое представление указанной зависимости.

На рис. 7 показаны кривые, отображающие гиперболическую или обратную зависимость удельного теплового потока Q от общего сопротивлению теплопередаче ограждения oR для модулей разности

температур наружного и внутреннего воздуха помещения exttinttt −=∆ ,

принятыми в 40, 50, 60 С̊. На графике отмечена граница 1oR = ,

соответствующая общему сопротивлению теплопередаче наружных стен жилых многоквартирных домов массовой застройки в кирпичном и панельном исполнении, возведенных до 1990 года в городе Иркутске (задача 1.1).

Рис 7. Кривые изменения удельного теплового потока Q в зависимости от общего сопротивления теплопередаче ограждения oR для модулей разности

температур наружного и внутреннего воздуха помещения в 40, 50, 60 С̊

45

Видно, что граница проходит по быстро изменяющейся стороне гиперболы и сравнительно большим величинам удельного теплового потока Q . Следовательно, величины сопротивления теплопередаче порядка единицы для кирпичных и панельных стен зданий, построенных 20-50 лет тому назад в Иркутске и по-прежнему находящихся в эксплуатации, в наименьшей степени отвечают современным представлениям о теплоизолирующих свойствах стеновых ограждений и тепловой защите зданий.

На участке oR > 2 скорость изменения удельного теплового потока

снижается, например, для кривой с разностью температур 50 С̊ величины потока составляют последовательно 25, 16.6, 12.5, 10 Вт/м2 для значений сопротивления теплопередаче 2, 3, 4 и 5 соответственно.

Анализ скорости изменения удельного теплового потока позволяет провести на графике еще одну границу, отделяющую быстрые изменения теплового потока от медленных, составляющих, например, менее 15 Вт/м2. Эту пороговую величину удельного теплового потока, среднюю по всем ограждающим конструкциям, можно считать верхней количественной оценкой для зданий, позволяющих отнести их к категории энергоэффективных. Приведенный на рис. 7 график дает возможность понять принципы увеличения теплозащиты зданий, связанные с определением оптимальной величины общего сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций. Видно, что значения удельного теплового потока для oR > 5 изменяются незначительно и

дальнейшее увеличение общего сопротивления теплопередаче не ведет к практически заметному снижению теплопотерь. Следует также учесть, что достаточно большие значения oR и очень малые общие теплопотери могут

приводить к заметному снижению всей теплоустойчивости здания, поскольку в балансе теплопотерь отдельных помещений будут доминировать, например, тепловые потоки через окна, двери и потери при инфильтрации наружного воздуха.

Рассмотрение физических принципов оценки теплового состояния ограждений позволяет переходить к анализу тепловой защиты ограждений и энергоэффективности зданий в целом. В упомянутой книге Табунщикова Ю.А. и Бородач М.М. сделана попытка дать определение теплового режима здания, понимаемого как совокупность всех факторов и процессов, формирующих тепловую обстановку в его помещениях. При этом тепловая эффективность здания характеризуется затратами энергии на его климатизацию. Термин «климатизация» подразумевает совокупность всех инженерных средств и устройств, обеспечивающих заданный тепловой режим в помещениях здания.

Комплексная оценка уровня теплозащиты здания учитывает одновременно с установленными значениями сопротивления теплопередаче отдельных конструкций их площади, а также теплопотери за счет инфильтрации и вентиляции воздуха. Для подобной оценки обычно используются определяемые формулой (9) значения общего коэффициента

46

теплопередачи oK для каждого из ограждений. Расчет среднего коэффициента

теплопередачи для здания в целом, обозначаемого mK (в ряде стран

обозначение oU ), дает средневзвешенную величину по площади всех

ограждений. Коэффициент mK представляет собой отношение средней

плотности стационарного теплового потока Q , проходящего через все ограждения отапливаемых помещений здания, к разности температур

exttinttt −=∆ внутренней и наружной среды:

)( exttinttQmK −= .

С учетом значений общего коэффициента теплопередачи oK для каждого

из ограждений и их площади A выражение для среднего коэффициента теплопередачи:

∑

∑ ⋅=

iiA

iiAoiK

mK ,

где i – индекс соответствует ограждению: стена одного типа, пол, потолок или перекрытие, окна, двери и другие.

Важным фактором, влияющим на комплексную оценку уровня теплозащиты, является соотношение между общей площадью внутренних поверхностей наружных ограждений и отапливаемым объемом, равным объему, ограниченному внутренними поверхностями наружных ограждений здания. Поскольку тепловой поток через наружные ограждения здания пропорционален общей площади их внутренних поверхностей, минимизация теплового потока при неизменной величине отапливаемого объема прямо связана с минимизацией общей площади поверхности. Подобная связь определяется отношением общей площади внутренних поверхностей наружных ограждений к величине отапливаемого объема, которое принято называть показателем компактности здания. Этот показатель принято включать в нормативные документы по тепловой защите зданий и использовать в качестве одного из критериев энергоэффективности.

Отношение VA (где A – площадь поверхности, а V – объем здания) представляет обратную или гиперболическую зависимость и позволяет получить оценки для простых форм, качественно сравнимых с известными формами целых зданий или их частей. Очевидно, что для куба со стороной a отношение VA равно a6 , а для сферы с диаметром D отношение VA равно

D6 . Тогда для рассматриваемого случая равных отапливаемых объемов, когда

47

сферыV

кубаV = , отношение площадей поверхности этих фигур будет

следующим:

1.2413π

6

a

D

сферыAкуба

A=== .

Очевидно также, что с достаточной точностью это отношение,

составляющее 1.241, показывает, во столько раз площадь поверхности куба превышает площадь поверхности сферы при равных объемах фигур, а соответственно во столько раз большим будет и тепловой поток через поверхность. Выбор сферического объема для сравнения связан с известным свойством минимальности площади поверхности сферы относительно любых других равных по величине объема пространственных форм. Если здания в форме полусферы или с элементами сферических и цилиндрических поверхностей ограждений выглядят как наиболее предпочтительные, то кубические пространственные формы можно считать следующими по показателю компактности.

Реализация принципов энергоэффективности зданий, относящихся к архитектурно-планировочным решениям, достаточно хорошо иллюстрируется на примере зданий, относящихся к категории индивидуального жилья. Проектирование пространственной оболочки или выбор объемно-пространственного решения индивидуального жилья отличается разнообразием, особенно в ситуации свободного размещения дома на участке. Наиболее предпочтительной для холодных климатических условий является компактная схема объемно-планировочного решения энергоэффективного дома. Такая схема, используемая не только в холодном климате, отвечает условию наименьшей величины отношения общей площади поверхности дома к его объему.

Другой принцип энергоэффективности индивидуального жилья связан с фактором единства отапливаемого объема, который обеспечивается конвективным теплообменом на внутренней поверхности ограждений при естественной и вынужденной конвекции. Наличие большого числа изолированных помещений, формирующих общее пространство жилья, заметно усложняют процесс конвекционного теплообмена и снижают его эффективность. Отсутствие перегородок в простых жилых пространствах (типа юрты, яранги, чума) заметно облегчает процесс конвекции теплого воздуха. Подобным образом использование так называемого полуоткрытого плана индивидуального жилья и редкое обращение к изолированному плану основывается на традициях формирования основного теплового ядра в отапливаемом объеме и рационального его распределения в условиях холодного климата.

В общем случае реализация энергоэффективной архитектуры индивидуального жилья предусматривает соблюдение следующих условий:

48

1. Создание пространственной оболочки жилища, соответствующей требованиям компактности и огражденности.

2. Организация планировок внутреннего пространства с учетом их наибольшей открытости или наименьшей изолированности, как по горизонтали, так и по вертикали.

3. Выполнение требований достаточности уровня теплоизоляции ограждающих конструкций и соответствия современным строительным технологиям.

1.2.2. Низкое потребление энергии зданиями Полученные выше физические представления о тепловой эффективности

зданий позволяют выделить две стороны рассматриваемых процессов: использование значений общего сопротивления теплопередачи в области медленных изменений удельного теплового потока и организация равномерного теплообмена во всем отапливаемом объеме здания. Проектирование тепловой среды, а в общем случае и температурно-влажностного режима здания, должно базироваться на понимании имеющихся в распоряжении средств, образующих тепловую систему здания.

Наглядная схема тепловой системы здания, которая допускает соблюдение общего теплового баланса, приведена в книге С.В. Зоколея «Архитектурное проектирование, эксплуатация объектов, их связь с окружающей средой» (1984). Основные параметры теплового потока следующие:

intQ – внутренний положительный приток тепла, выделяемого телами

людей, осветительными и электробытовыми приборами;

extQ – потери тепла через ограждающие конструкции вследствие

положительной разности между внутренней и наружной температурами (приток тепла в обратном случае);

sQ – приток тепла от солнечной радиации;

vQ – потери тепла при инфильтрации наружного и эксфильтрации

внутреннего воздуха;

mQ – приток тепла от отопительных приборов.

Тепловой баланс наблюдается в том случае, если сумма всех составляющих теплового потока равна нулю:

0vQextQsQintQmQ =−−++ .

Если эта сумма больше нуля, температура воздуха в здании повышается,

а если меньше, то температура воздуха в здании понижается.

49

Из анализа схемы тепловой системы здания следует, что проектирование тепловой среды предусматривает использование следующих принципиально различных средств, к которым относятся:

– пассивные средства регулирования температурно-влажностного режима, определяемые регулирующей функцией самого здания, его пространственной оболочкой и материалами ограждающих конструкций;

– активные средства регулирования температурно-влажностного режима, составляющие системы отопления, вентиляции, кондиционирования и включающие обогревательное (охлаждающее) оборудование.

Задачи проектирования зданий с учетом климатических условий, в частности, условий холодного климата, сводится к установлению требуемых пределов регулирования температурно-влажностного режима. Требуемые пределы регулирования определяются отклонением наружных условий от необходимых внутренних комфортных условий. Для достижения требуемых пределов регулирования используются пассивные средства, а при их недостатке включаются активные средства регулирования.

В перечень средств пассивного регулирования температурно-влажностного режима следует включить составляющие их элементы, влияющие на тепловые характеристики здания:

форма здания – отношение площади поверхности к объему, ориентация, когда оболочки типа индейского вигвама или эскимосского иглу возможно и неприемлемы, но цилиндрические, кубические или почти кубические оболочки вполне приемлемы для использования;

материал ограждений – теплоизоляция резистивная, тепловая инерция и емкостная теплоизоляция, относительное расположение слоев теплоизоляции, относимых к резистивным и емкостным;

световые проемы – размер, расположение, ориентация, применяемые виды стекол и заполнение камер стеклопакетов, число камер стеклопакетов, использование штор и жалюзи.

Разделение средств обеспечения требуемых пределов регулирования на пассивные и активные имеет давнюю историю и восходит ко времени появления зданий как систем обеспечения жизнедеятельности в условиях неблагоприятной наружной среды. С физической точки зрения теплоизолирующая функция ограждающих конструкций может характеризоваться емкостной и резистивной составляющими.

Интересно, что именно в такой последовательности шла история развития строительных технологий устройства ограждений. Массивные и большой толщины стены зданий 18-19 веков обеспечивали приемлемый для пребывания людей температурно-влажностный режим в условиях эпизодической подачи тепла в отапливаемый объем. Высокая тепловая инерция массивных ограждений позволяла сглаживать воздействия заметных температурных колебаний холодного наружного воздуха. Относительно высокая теплопроводность используемых строительных материалов, преимущественно кирпича, и представления об избыточной прочности возводимых зданий

50

обусловили появление технологий устройства ограждений с включением дополнительной резистивной теплоизоляции.

Переход к материалам с существенно меньшей теплопроводностью, именуемых иногда объемной теплоизоляцией, способствовал существенному росту сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций. Возможность разделения конструктивных или прочностных и теплоизоляционных характеристик ограждений за счет их многослойного устройства уже в прошлом веке реализовывалось в условиях контролируемой и регулярной подачи тепла и соответствующего снижения массивности. В последние десятилетия тенденции более полного использования преимуществ резистивной теплоизоляции нашли свое отражение в появлении пассивных средств регулирования, принципиально изменяющих их соотношение с активными средствами регулирования.

На территории России возможности повышения энергоэффективности зданий и внедрения технологий, отвечающих требованиям низкого потребления энергии, сдерживаются наличием серьезных проблем эксплуатации старых и относительно старых жилых и общественных зданий. Следует напомнить, что в промышленно развитых странах стимулом к активному проведению энергосберегающих мероприятий в жилищном строительстве и при эксплуатации действующего жилого фонда стал энергетический кризис 1980-х годов. В результате реализации уже первого этапа энергосберегающих мероприятий в этих странах, где за жилыми изменения коснулись общественных и промышленных зданий, потребление энергии в строительстве и коммунальном хозяйстве снизились более чем в два раза. В первую очередь предпринятые меры были связаны со значительным повышением уровня теплозащиты наружных стен вновь строящихся и утепления существующих зданий за счет применения новых в то время теплоизоляционных материалов, таких как пенополистирол, пенополиуретан, минераловатные плиты и композиции на основе минеральных волокон. Уровень теплозащиты ограждающих конструкций был повышен в 2-2.5 раза в соответствии с обновленными в то же время нормативными требованиями к теплопередаче наружных ограждений жилых и общественных зданий в этих странах.

В 1980-е годы на территории нашей страны при реализации программы решения проблемы повышения теплозащитных качеств наружных стен жилых зданий был выбран, как теперь видно, стратегически ошибочный план. Вместо ориентации на развитие производства эффективных теплоизоляционных плитных материалов, типа жестких минераловатных, пенополистирольных и композиционных на основе минеральных волокон, был выбран путь улучшения качества искусственных пористых заполнителей типа керамзита, изготовляемых в больших объемах, порядка 24-25 млн м3 в год. Тем самым предполагалось решить проблему индустриального изготовления «экономичных» конструкций однослойных наружных стен из бетонов на пористых заполнителях. К сожалению, такие стены, как и стены возведенных ранее жилых и общественных зданий, составляющие по разным оценкам 70-

51

80% эксплуатируемых в настоящее время, ведут к неоправданному расходу энергии на отопление вследствие сравнительно низких величин сопротивления теплопередаче (раздел 1.1, задача 1.1).

Оценки удельного расхода энергии на строительство зданий, включая затраты на изготовление строительных материалов и конструкций, могут составлять, в единицах сжигаемого топлива, приближенно 100 кг условного топлива на 1 м2 общей площади. Для расчетов обычно принимается 1 кг условного топлива с теплотворной способностью 29 МДж (коксующийся уголь). Если отнести эту оценку единовременных или капитальных затрат на строительство к расчетному сроку службы жилых зданий, порядка 50 лет, то они составят всего 2 кг условного топлива на 1 м2 в год. Для сравнения, ежегодные затраты на отопление или эксплуатационные затраты, составляющие по экспертным оценкам до 80 кг условного топлива на 1 м2, в сорок раз превышают указанную цифру капитальных затрат. Естественным резервом снижения огромных общих расходов топлива является снижение, в первую очередь, затрат тепловой энергии на отопление жилых и общественных зданий, прямо зависящих от уровня теплозащиты ограждающих конструкций.

Проектирование средств пассивного регулирования температурно-влажностного режима должно опираться на количественный анализ рассматриваемых параметров, например, размеров световых проемов, толщины теплоизоляции ограждений. Во многих промышленно развитых странах появились и нашли практическое применение расчетные методы, основанные на выделении одной изменяющейся непрерывно или дискретно переменной и допускающие определение ее оптимального значения. Можно упомянуть два расчетных метода с целью оптимизации значения рассматриваемого параметра:

– метод минимизации затрат за срок службы; – метод анализа затрат и полученной выгоды. Методы весьма сходны, но если в первом ключевой характеристикой

являются эксплуатационные расходы в виде полных издержек на отопление, то во втором идет расчет экономии или сокращения эксплуатационных расходов в виде выгоды от использования теплоизоляции различной толщины.

Использование метода минимизации затрат для ожидаемого срока службы в задаче выбора оптимальной толщины дополнительной теплоизоляции позволяет дать заключение по рентабельности ее установки в ограждающей конструкции.

Решение подобной задачи можно провести на примере численного определения толщины дополнительной теплоизоляции ограждения. В рассматриваемой ниже задаче принято, что выбранный для устройства дополнительной теплоизоляции материал можно менять по толщине дискретно, с шагом 0.05 м.

Единовременные или капитальные затраты eC включают стоимость

самой теплоизоляции и ее установку. Эксплуатационные расходы э

C

представляют собой только издержки на отопление здания за год. Понятно, что

52

увеличение первых должно приводить к сокращению последних. Если обе эти величины могут быть выражены в виде функции толщины теплоизоляции x , то оптимальным значением толщины будет такое, при котором полные издержки за срок службы конструкции будут минимальными. При отсутствии данных о сроке службы его обычно принимают равным 10-15 годам. Полные издержки, обозначенные как y , составят в общем виде э

YCе

Cy += , где Y – срок

службы в годах. Теперь необходимо определить минимальное значение y . Единовременные затраты или затраты на теплоизоляцию и ее установку можно принимать в рублях на 1 м3, а если сравнивать затраты на единицу площади теплоизоляции, то они будут пропорциональны толщине x и составят

xgе

C ⋅= , где g – затраты на установку и стоимость теплоизоляции в руб/м3.

Эксплуатационные расходы или годовые издержки на отопление э

C

зависят от значений теплозащитных характеристик ограждений и климатических характеристик, выражаемых в градусо-сутках dD (определение

в разделе 2.1, формула (24) для расчета dD ). Для удобства климатический

параметр можно выразить в градусо-часах, умножая значение градусо-суток на 24. Теплопотери через ограждения можно определить как произведение показателя теплопередачи на значение градусо-суток dD . Но показатель

теплопередачи или удельный тепловой поток через ограждения обратно

пропорционален сопротивлению теплопередачи, равному λx

oR + , где oR –

общее сопротивление теплопередаче до утепления, λx

– дополнительная

теплоизоляция толщиной x и теплопроводностью λ . Тогда необходимая для компенсации теплопотерь величина годовых издержек на отопление

эC с

учетом стоимости отопления р , руб/Вт·ч будет определяться отношением вида

)(λx

oRpd

DэС +⋅= .

Итоговое уравнение для полных издержек примет следующий вид:

)(λx

oRpd

DYxgy +⋅⋅+⋅= .

Это уравнение просто решается аналитически или графически. В

последнем случае находятся значения каждого из слагаемых уравнения для последовательно изменяющихся с выбранным шагом значений толщины теплоизоляции x , вычерчиваются две кривые, сложение которых дает график изменения полных издержек у в зависимости от толщины теплоизоляции x .

53

Минимальное значение издержек соответствует оптимальной толщине теплоизоляции или низшей точке на результирующей кривой.

На рис. 8 дан пример графического расчета затрат на дополнительную теплоизоляцию с использованием метода минимизации затрат за срок службы для следующих значений: 4000g = , 10Y = , 7000dD = (умножается на 24),

0.002p = , 1oR = , 0.05=λ . Минимум результирующей кривой, как видно из

рисунка, приходится на толщину теплоизоляции примерно 0.15 м. Аналитическое решение уравнения сводится к поиску минимального

значения функции у или выполнения условия 0dx

dy = . После

дифференцирования получается соотношение:

λλ

⋅⋅⋅⋅=+ gpd

D24102xoR )( ,

откуда находится выражение для оптимальной толщины теплоизоляции:

м 0.1549oRgpd

D2410x =−⋅⋅⋅⋅⋅= )( λλ ,

что при шаге 0.05 м допускает округление до 0.15 м для выбора оптимальной толщины теплоизоляционного материала.

Рис 8. Результаты графического расчета затрат на дополнительную теплоизоляцию с использованием метода минимизации затрат за срок службы:

(а) полные издержки за 10 лет; (б) стоимость теплоизоляции и ее установки;

(в) затраты на отопление за 10 лет

54

Следует отметить, что определение толщины и устройство дополнительной теплоизоляции, соответствующих условиям решенной задачи, приведут к увеличению общего сопротивления теплопередачи с исходных

1oR = до 4oR = . Переход от исходной величины сопротивления

теплопередачи, близкой к характерным для наружных стен многоквартирных жилых домов массовой застройки в кирпичном и панельном исполнении, возведенным до 1990 года в городе Иркутске, к увеличенной в четыре раза величине позволяет считать новое усовершенствованное ограждение отвечающим требованиям энергоэкономичности, а применительно ко всему зданию отвечающим также и требованиям энергоэффективности.

Приведенный пример дает реальное представление о путях трансформации не отвечающих современным представлениям о тепловой защите зданий ограждающих конструкций к энергоэкономичным, а затем уже к энергоэффективным.

Упоминаемые в литературе экспертные оценки общей площади эксплуатируемых в России зданий близки к цифре в 5 млрд. м2 , а расход на их отопление составляет около 400 млн тонн условного топлива в год или более трети энергоресурсов страны. В такой ситуации неизбежен переход к технологиям, обеспечивающим низкое потребление энергии зданиями. Некоторые из них рассматриваются в разделе 3.

55

Глава 2. Нормирование тепловой защиты зданий Основным документом для установления регламентов тепловой защиты

зданий является действующий в настоящее время раздел строительных норм и правил СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». Такое название нормы получили впервые, что логично заменило прежнее недостаточно конкретное «Строительная теплотехника».

Действующие нормы и правила декларируют требования к тепловой защите зданий «… в целях экономии энергии при обеспечении санитарно-гигиенических и оптимальных параметров микроклимата помещений и долговечности ограждающих конструкций зданий и сооружений». Предполагается также, что эффективная тепловая защита зданий будет сопровождаться внедрением современных инженерных технологий и оборудования, снижением потерь энергии при выработке и транспортировке, использованием альтернативных источников энергии и максимальной утилизацией тепла внутри здания. Следует отметить и упоминание о так называемой «… гармонизации с аналогичными зарубежными нормами развитых стран» и о возможности гибкой трактовки норм в части существенного превышения уровней тепловой защиты и оптимизации уровней для зданий реконструируемых и имеющих архитектурно-историческое значение.

Нормы и правила СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» распространяются на тепловую защиту жилых, общественных, производственных, сельскохозяйственных и складских зданий и сооружений, в которых необходимо поддерживать определенную температуру и влажность внутреннего воздуха.

В нормах устанавливают требования к следующим показателям: – приведенному сопротивлению теплопередаче ограждающих

конструкций зданий; – ограничению температуры и недопущению конденсации влаги на

внутренней поверхности ограждающей конструкции, исключая окна с вертикальным остеклением;

– удельному показателю расхода тепловой энергии на отопление здания; – теплоустойчивости ограждающих конструкций в теплый период года и

помещений зданий в холодный период года; – воздухопроницаемости ограждающих конструкций и помещений

зданий; – защите от переувлажнения ограждающих конструкций; – теплоусвоению поверхности полов; – классификации, определению и повышению энергетической

эффективности проектируемых и существующих зданий; – контролю нормируемых показателей, включая энергетический паспорт

здания.

56

2.1. Требования к тепловой защите зданий В рассматриваемых нормах используется термин «приведенное

сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций». Данное определение призвано учесть тот факт, что наружные стены, другие ограждающие конструкции зачастую представляют достаточно сложную конфигурацию из составляющих слоев и вставок типа световых и дверных проемов, для которых нельзя считать теплопередачу одномерной, как это было сделано ранее в разделе 1.1. Однако в качестве расчетного принимается приведенное сопротивление теплопередаче наружного ограждения, равное общему сопротивлению теплопередаче ограждения с одномерным температурным полем и той же площади, что и ограждение с неодномерным температурным полем. Поэтому «приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций» полностью согласуется с использованным в разделе 1.1 термином «общее сопротивление теплопередаче oR », который

определяется соответствующей формулой (14). В сопровождающем СНиП 23-02-2003 своде правил СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий» используется формула (8), аналогичная формуле (14).

В нормативных документах для приведенного сопротивления

теплопередачи используется также обозначение rо

R , где индекс r обычно

свидетельствует о неоднородности ограждения и неодномерности его температурного поля, а общепринятое название величины r – коэффициент теплотехнической однородности.

Влажностный режим помещений зданий в холодный период года в зависимости от относительной влажности и температуры внутреннего воздуха в нормах устанавливается по следующей таблице:

Таблица 2 Влажностный режим помещений зданий

Режим Влажность внутреннего воздуха, %, при температуре, °С

до 12 св. 12 до 24 св. 24 Сухой До 60 До 50 До 40

Нормальный Св. 60 до 75 Св. 50 до 60 Св. 40 до 50 Влажный Св. 75 60 – 75 50 – 60 Мокрый - Св. 75 Св. 60

В нормах впервые устанавливается важная и крайне актуальная в

настоящее время характеристика энергетической эффективности жилых и общественных зданий. Для вновь возводимых и реконструируемых зданий на стадии разработки проекта устанавливаются классы А и В. Класс С устанавливают при эксплуатации вновь возведенных и реконструированных зданий согласно результатам натурных испытаний, а классы D и Е устанавливают при эксплуатации возведенных до 2000 г. зданий с целью

57

разработки органами администраций субъектов Российской Федерации очередности и мероприятий по реконструкции этих зданий.

Таблица 3 Классы энергетический эффективности зданий

Обозначение

класса Наименование

класса энергетической эффективности

Величина отклонения расчетного (фактического) значения удельного расхода

тепловой энергии на отопление здания от нормативного, %

Рекомендуемые мероприятия органами

администрации субъектов РФ

Для новых и реконструированных зданий А Очень высокий Менее минус 51 Экономическое

стимулирование В Высокий От минус 10 до минус 50 То же С Нормальный От плюс 5 до минус 9 -

Для существующих зданий D Низкий От плюс 6 до плюс 75 Желательна

реконструкция здания Е Очень низкий Более 76 Необходимо утепление

здания в ближайшей перспективе

Основным разделом СНиП 23-02-2003 является раздел 5, названный, как

и сами нормы «Тепловая защита зданий». Каждый параграф раздел регламентирует значения нормируемых характеристик и параметров. Раздел начинается с ключевого положения о трех показателях тепловой защиты здания:

а) приведенное сопротивление теплопередаче отдельных элементов ограждающих конструкций здания;

б) санитарно-гигиенический, включающий температурный перепад между температурами внутреннего воздуха и на поверхности ограждающих конструкций и температуру на внутренней поверхности выше температуры точки росы;

в) удельный расход тепловой энергии на отопление здания, позволяющий варьировать величинами теплозащитных свойств различных видов ограждающих конструкций зданий с учетом объемно-планировочных решений здания и выбора систем поддержания микроклимата для достижения нормируемого значения этого показателя.

2.1.1. Сопротивление теплопередаче элементов ограждающих

конструкций Приведенное сопротивление теплопередаче oR , (м2·˚С )/Вт,

ограждающих конструкций, а также окон и фонарей (с вертикальным остеклением или с углом наклона более 45°) следует принимать не менее нормируемых значений сопротивления теплопередаче reqR , (м2·˚С )/Вт. Сами

58

значения определяются по основной таблице СНиП 23-02-2003 «Нормируемые значения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций» (таблица 4), которая связывает нормируемые величины с показателем, учитывающим климатические и функциональные характеристики здания, называемым градусо-сутками отопительного периода для района строительства.

Таблица 4 Нормируемые значения сопротивления теплопередаче ограждающих

конструкций

Нормируемые значения сопротивления теплопередаче

reqR , (м2·˚С )/Вт , ограждающих конструкций

Здания и помещения, коэффициенты a и b .

Градусо-сутки

отопите-льного периода

dD ,

°С·сут

Стен Покрытий и перекры-тий над

проездами

Перекрытий чердачных,

над неотапли- ваемыми

подпольями и подвалами

Окон и балконных дверей, витрин и витражей

Фонарей с вертикаль

ным остекле-нием

1 2 3 4 5 6 7 1 Жилые, лечебно-профилакти-ческие и детские учреждения, школы, 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 - 0,0003

5 0,0005 0,00045 - 0,000025

b - 1,4 2,2 1,9 - 0,25 2 Общественные, кроме указан-ных 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 a - 0,0002 0,00025 0,0002 0,000025 0,000025 b - 1,0 1,5 1,0 0,2 0,15

59

Примечания: 1. Значения reqR для величин dD , отличающихся от табличных, следует

определять по формуле: bdDareqR +⋅= где dD – градусо-сутки отопительного периода,

˚С·сут, 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 6000С̊·сут: a =0.000075, b=0.15; для интервала 6000-8000 С̊·сут: a =0.00005, b=0.3; для интервала 8000 С̊·сут и более: a =0.000025, b=0.5.

2. Нормируемое приведенное сопротивление теплопередаче глухой части балконных дверей должно быть не менее чем в 1.5 раза выше нормируемого сопротивления теплопередаче светопрозрачной части этих конструкций.

3. Нормируемые значения сопротивления теплопередаче чердачных и цокольных перекрытий, отделяющих помещения здания от неотапливаемых пространств с температурой

ct ( inttctextt << ), следует уменьшать умножением величин, указанных в графе 5, на

коэффициент n , определяемый по примечанию к таблице 6. При этом расчетную температуру воздуха в теплом чердаке, теплом подвале и остекленной лоджии и балконе следует определять на основе расчета теплового баланса.

4. Допускается в отдельных случаях, связанных с конкретными конструктивными решениями заполнений оконных и других проемов, применять конструкции окон, балконных дверей и фонарей с приведенным сопротивлением теплопередаче на 5% ниже установленного в таблице.

5. Для группы зданий в поз.1 нормируемые значения сопротивления теплопередаче перекрытий над лестничной клеткой и теплым чердаком, а также над проездами, если перекрытия являются полом технического этажа, принимать, как для группы зданий в поз.2.

Градусо-сутки отопительного периода dD , ˚С сут, определяют по

формуле:

htzhttinttdD ⋅−= )( , (24)

где intt – расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания,

принимаемая для расчета ограждающих конструкций группы зданий по поз.1 таблицы 4 по минимальным значениям оптимальной температуры соответствующих зданий по ГОСТ 30494 (в интервале 20-22 С̊), для группы зданий по поз.2 таблицы 4 – согласно классификации помещений и минимальных значений оптимальной температуры по ГОСТ 30494 (в интервале 16-21 С̊), зданий по поз.3 таблицы 4 – по нормам проектирования соответствующих зданий;

htt , htz – средняя температура наружного воздуха, ˚С, и

продолжительность, сут, отопительного периода, принимаемые по СНиП 23-01-99* «Строительная климатология» для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более 10 С̊ – при проектировании лечебно-профилактических, детских учреждений и домов-интернатов для престарелых, и не более 8 °С – в остальных случаях.

Для города Иркутска показатели по СНиП 23-01-99* из таблицы 1 «Климатические параметры холодного периода года» составляют: htt = – 7.3

60

˚С, htz = 258 суток (для периода ≤ 10 С̊) и согласно (24) при intt = 20 С̊, dD =

7043 С̊ сут; htt = – 8.5 С̊ и htz = 240 суток (для периода ≤ 8 С̊) и при intt = 20

˚С, dD = 6840 С̊ сут.

Требования СНиП 23-02-2003 распространяются на ограничения температуры и условия конденсации влаги на внутренней поверхности ограждающих конструкций. Определяется так называемый расчетный температурный перепад intintt

оt τ−=∆ , ˚С, между температурой внутреннего

воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, который находится по следующей формуле:

intoRexttinttn

оt

α⋅−⋅

=∆)(, (25)

где n – коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху и приведенный ниже в таблице 6, intα – коэффициент теплоотдачи внутренней

поверхности ограждающих конструкций, принимаемый по таблице 7. Величина

оt∆ не должна превышать нормируемые значения nt∆ , ˚С, устанавливаемые

таблицей 5. Таблица 5

Нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции

Здания и помещения Нормируемый температурный перепад nt∆ , °С, для

наружных стен

покрытий и чердачных перекрытий

перекрытий над проез-дами, под-валами и

подпольями

зенитных фонарей

1. Жилые, лечебно-профилактические и детские учреждения, школы, интернаты

4,0 3,0 2,0 dtintt −

2. Общественные, кроме указанных в поз.1, административные и бытовые, за исключением помещений с влажным или мокрым режимом

4,5 4,0 2,5 dtintt −

3. Производственные с сухим и нормальным режимами dtintt − , но

не более 7

0.8(dtintt − ),

но не более 6

2,5 dtintt −

4. Производственные и другие помеще- ния с влажным или мокрым режимом dtintt − 0.8( dtintt − ) 2,5

-

5. Производственные здания со значите-льными избытками явной теплоты (более 23 Вт/м3) и расчетной относит. влажно-стью внутреннего воздуха более 50%

12 12 2,5 dtintt −

Обозначения: dt

– температура точки росы, °С, при расчетной температуре intt и относительной

влажности внутреннего воздуха, принимаемым согласно СанПиН 2.1.2.1002, ГОСТ 12.1.005 и СанПиН 2.2.4.548, СНиП 41-01 и нормам проектирования соответствующих зданий.

61

Таблица 6 Коэффициент, учитывающий зависимость положения ограждающей

конструкции по отношению к наружному воздуху

Ограждающие конструкции Коэффициент n

1. Наружные стены и покрытия (в том числе вентилируемые наружным воздухом), зенитные фонари, перекрытия чердачные (с кровлей из штучных материалов) и над проездами; перекрытия над холодными (без ограждающих стенок) подпольями в Северной строительно-климатической зоне

1

2. Перекрытия над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом; перекрытия чердачные (с кровлей из рулонных материалов); перекрытия над холодными (с ограждающими стенками) подпольями и холодными этажами в Северной строительно-климатической зоне

0,9

3. Перекрытия над неотапливаемыми подвалами со световыми проемами в стенах

0,75

4. Перекрытия над неотапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенные выше уровня земли

0,6

5. Перекрытия над неотапливаемыми техническими подпольями, расположенными ниже уровня земли

0,4

Таблица 7

Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции

Внутренняя поверхность ограждения Коэффициент теплоотда-чи intα , Вт /(м2·˚С )

1. Стен, полов, гладких потолков, потолков с выступающими ребрами при отношении высоты h ребер к расстоянию a между гранями соседних ребер ah / ≤ 0.3

8,7

2. Потолков с выступающими ребрами при отношении ah / > 0.3 7,6 3. Окон 8,0 4. Зенитных фонарей 9,9

Температура внутренней поверхности ограждающей конструкции (за

исключением вертикальных светопрозрачных конструкций) в зоне теплопроводных включений (диафрагм, сквозных швов из раствора, стыков панелей, ребер, шпонок и гибких связей в многослойных панелях, жестких связей облегченной кладки и др.), в углах и оконных откосах, а также зенитных фонарей должна быть не ниже температуры точки росы внутреннего воздуха при расчетной температуре наружного воздуха в холодный период года. Относительную влажность внутреннего воздуха для определения температуры точки росы в местах теплопроводных включений ограждающих конструкций, в углах и оконных откосах, а также зенитных фонарей следует принимать:

– для помещений жилых зданий, больничных учреждений, диспансеров, амбулаторно-поликлинических учреждений, родильных домов, домов-интернатов для престарелых и инвалидов, общеобразовательных детских школ,

62

детских садов, яслей, яслей-садов (комбинатов) и детских домов – 55%, для помещений кухонь – 60%, для ванных комнат – 65%, для теплых подвалов и подполий с коммуникациями – 75%;

– для теплых чердаков жилых зданий – 55%; – для помещений общественных зданий (кроме вышеуказанных) – 50%. Температура внутренней поверхности конструктивных элементов

остекления окон зданий (кроме производственных) должна быть не ниже плюс 3˚С, а непрозрачных элементов окон – не ниже температуры точки росы при расчетной температуре наружного воздуха в холодный период года, для производственных зданий – не ниже 0˚С.

Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций

reqR , (м2·˚С )/Вт, для производственных зданий с избытками явной теплоты

более 23 Вт/м3 и зданий, предназначенных для сезонной эксплуатации (осенью или весной), а также зданий с расчетной температурой внутреннего воздуха 12 С̊ и ниже следует принимать не менее значений, определяемых формулой:

intntexttinttn

reqRα⋅∆

−⋅=

)(, (26)

extt – расчетная температура наружного воздуха в холодный период года, ˚С,

для всех зданий, кроме производственных зданий, предназначенных для сезонной эксплуатации, принимаемая равной средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0.92 по СНиП 23-01-99* «Строительная климатология». В производственных зданиях, предназначенных для сезонной эксплуатации, в качестве расчетной температуры наружного воздуха в холодный период года extt , ˚C, следует принимать минимальную температуру

наиболее холодного месяца, определяемую как среднюю месячную температуру января по таблице 3 СНиП 23-01-99*, уменьшенную на среднюю суточную амплитуду температуры воздуха наиболее холодного месяца.

Приведенное сопротивление теплопередаче oR , (м2·˚С )/Вт, для

наружных стен следует рассчитывать для фасада здания либо для одного промежуточного этажа с учетом откосов проемов без учета их заполнений.

Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций, контактирующих с грунтом, следует определять по СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование».

Приведенное сопротивление теплопередаче светопрозрачных конструкций (окон, балконных дверей, фонарей) принимается на основании сертификационных испытаний; при отсутствии результатов сертификационных испытаний следует принимать значения по своду правил.

Приведенное сопротивление теплопередаче oR входных дверей и дверей

(без тамбура) квартир первых этажей и ворот, а также дверей квартир с неотапливаемыми лестничными клетками должно быть не менее произведения

63

0.6· reqR (произведения 0.8· reqR – для входных дверей в одноквартирные

дома), где reqR – приведенное сопротивление теплопередаче стен,

определяемое по предыдущей формуле; для дверей в квартиры выше первого этажа зданий с отапливаемыми лестничными клетками должно быть не менее 0.55 м2·˚С/Вт.

2.1.2. Удельный расход тепловой энергии на отопление здания Строительные нормы и правила СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита

зданий» предусматривают введение новых показателей энергетической эффективности зданий – удельного расхода тепловой энергии на отопление за отопительный период с учетом воздухообмена, теплопоступлений и ориентации зданий, дают их классификацию и правила оценки по показателям энергетической эффективности как при проектировании и строительстве, так и в дальнейшем при эксплуатации. Сложность расчетов показателей энергоэффективности компенсируется их важностью в современных условиях снижения энергопотребления на отопление зданий.

Вводится нормируемое значение удельного расхода тепловой энергии на

отопление reqhq , кДж/(м2·˚С·сут) или [кДж/(м3·˚С·сут)], соответствующего 1 м2

отапливаемой площади или [1 м3 отапливаемого объема]. Детальное изложение

методики расчета удельного расхода тепловой энергии deshq , кДж/(м2·˚С·сут)

или [кДж/(м3·˚С·сут)], на отопление жилых и общественных зданий за отопительный период дано в Приложении Г к СНиП 23-02-2003.

Величина удельного расхода тепловой энергии на отопление deshq

должна быть меньше или равна нормируемому значению reqhq и определяется

посредством выбора теплозащитных свойств ограждающих конструкций зданий, объемно-планировочных решений, ориентации здания и типа, эффективности и метода регулирования используемых систем отопления до удовлетворения условия:

reqhq ≥ des

hq ,

где нормируемый удельный расход тепловой энергии на отопление

зданий reqhq определяется для различных типов жилых и общественных зданий

следующим образом: а) при подключении к системам централизованного теплоснабжения по

таблице 8 или 9; б) при устройстве в здании поквартирных и автономных (крышных,

встроенных или пристроенных котельных) систем теплоснабжения или стационарного электроотопления – величиной, принимаемой по таблице 8 или 9, умноженной на коэффициент ε , рассчитываемый по формуле:

64

des0

decε

εε = ,

где decε , des

0ε – расчетные коэффициенты энергетической эффективности

поквартирных и автономных систем теплоснабжения или стационарного электроотопления и централизованной системы теплоснабжения соответственно, принимаемые по проектным данным осредненными за отопительный период. Расчет этих коэффициентов приведен в соответствующем своде правил СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий».

При расчете здания по показателю удельного расхода тепловой энергии в качестве начальных значений теплозащитных свойств ограждающих конструкций следует задавать нормируемые значения сопротивления теплопередаче reqR , (м2·˚С )/Вт, отдельных элементов наружных ограждений

согласно таблице 4. Затем проверяют соответствие величины deshq удельного

расхода тепловой энергии на отопление, рассчитываемой по методике

Приложения Г, нормируемому значению reqhq . Если в результате расчета

удельный расход тепловой энергии на отопление здания окажется меньше нормируемого значения, то допускается уменьшение сопротивления теплопередаче reqR отдельных элементов ограждающих конструкций здания

(светопрозрачных согласно примечанию 4 к таблице 4) по сравнению с нормируемым по таблице 4, но не ниже минимальных величин minR ,

определяемых соотношением reqR0.63minR ⋅= для стен групп зданий,

указанных в поз.1 и 2 таблицы 4, и соотношением reqR0.8minR ⋅= для

остальных ограждающих конструкций. Таблица 8

Нормируемый удельный расход тепловой энергии на отопление reqhq жилых

домов одноквартирных отдельно стоящих и блокированных, кДж/(м2·˚С·сут)

Отапливаемая площадь домов, м2 С числом этажей 1 2 3 4 60 и менее 140 - - 100 125 135 - - 150 110 120 130 - 250 100 105 110 115 400 - 90 95 100 600 - 80 85 90 1000 и более - 70 75 80 При промежуточных значениях отапливаемой площади дома в интервале 60-1000 м2 значения req

hq должны определяться по линейной интерполяции.

65

Для учета соотношения общей площади поверхности ограждающих конструкций и отапливаемого объема здания в нормах вводится показатель

компактности зданий desek , который определяется по следующей формуле:

hV

sumeAdes

ek = ,

где sumeA – общая площадь внутренних поверхностей наружных

ограждающих конструкций, включая покрытие (перекрытие) верхнего этажа и перекрытие пола нижнего отапливаемого помещения, м2; hV – отапливаемый

объем здания, равный объему, ограниченному внутренними поверхностями наружных ограждений здания, м3.

Расчетный показатель компактности жилых зданий desek , как правило, не

должен превышать следующих нормируемых значений: 0.25 – для 16-этажных зданий и выше; 0.29 – для зданий от 10 до 15 этажей включительно; 0.32 – для зданий от 6 до 9 этажей включительно; 0.36 – для 5-этажных зданий; 0.43 – для 4-этажных зданий; 0.54 – для 3-этажных зданий; 0.61; 0.54; 0.46 – для двух-, трех- и четырехэтажных блокированных и

секционных домов соответственно; 0.9 – для двух- и одноэтажных домов с мансардой; 1.1 – для одноэтажных домов.

Таблица 9 Нормируемый удельный расход тепловой энергии на отопление зданий req

hq ,

кДж/(м2·˚С·Вт) или [кДж/(м3·˚С·Вт)] Типы зданий Этажность зданий

1-3 4, 5 6, 7 8, 9 10, 11 12 и выше 1. Жилые, гостиницы, общежития

По таблице 8 85[31] для 4-этажных одноквартирных и

блокированных домов – по таблице 8

80[29] 76[27,5] 72[26] 70[25]

2. Общественные, кроме перечисленных в поз.3, 4 и 5 таблицы

[42]; [38]; [36] по нарастанию

этажности

[32]

[31]

[29,5]

[28]

-

3. Поликлиники и лечебные учреждения, дома-интернаты

[34]; [33]; [32] по нарастанию

этажности

[31]

[30]

[29]

[28]

-

4. Дошкольные учреждения [45] - - - - - 5. Сервисного обслуживания

[23]; [22]; [21] по нарастанию

этажности

[20] [20] - - -

6. Административного назначения (офисы)

[36]; [34]; [33] по нарастанию

этажности

[27] [24] [22] [20] [20]

66

2.1.3. Защита ограждающих конструкций от переувлажнения Увеличение содержания влаги в материалах ограждения и их

переувлажнение может приводить к снижению теплозащитных качеств ограждающих конструкций и даже к их разрушению. В СНиП 23-02-2003 нормам защиты от переувлажнения посвящен специальный раздел. Устанавливается, что величина сопротивления паропроницанию vpR ,

м2⋅ч⋅Па/мг , ограждающей конструкции (в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации) должно быть не менее наибольшего из следующих нормируемых сопротивлений паропроницанию:

а) нормируемого сопротивления паропроницанию req1vpR , м2⋅ч⋅Па/мг, (из

условия недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период эксплуатации), определяемого по формуле:

)()( exteEevpREintereq

1vpR −−= , (27)

б) нормируемого сопротивления паропроницанию req2vpR , м2⋅ч⋅Па/мг, (из

условия ограничения влаги в ограждающей конструкции за период с отрицательными средними месячными температурами наружного воздуха), определяемого по формуле:

ηωωδωρ +∆⋅⋅

−⋅=

av

оEinte

оz0.0024req

2vpR)(

, (28)

где inte – парциальное давление водяного пара внутреннего воздуха, Па,

при расчетной температуре и относительной влажности этого воздуха, определяемое как:

intE100)intinte ⋅= ϕ( ,

где intE – парциальное давление насыщенного пара внутреннего воздуха,

Па, при температуре intt , принимаемой по своду правил СП 23-101-2004

«Проектирование тепловой защиты зданий»;

intϕ – относительная влажность внутреннего воздуха, %, принимаемая

для различных зданий в соответствии с упомянутыми выше условиями установления относительной влажности, определяемыми температурой точки росы;

evpR – сопротивление паропроницанию, м2⋅ч⋅Па/мг, части ограждающей

конструкции, расположенной между наружной поверхностью ограждающей

67

конструкции и плоскостью возможной конденсации, определяемое по своду правил;

exte – среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха,

Па, за годовой период, определяемое по таблице 5а СНиП 23-01-99* «Строительная климатология»;

оz – продолжительность, сут, периода влагонакопления, принимаемая по

периоду с отрицательными средними месячными температурами наружного воздуха по СНиП 23-01-99* «Строительная климатология»;

оЕ – парциальное давление водяного пара, Па, в плоскости возможной

конденсации, определяемое при средней температуре наружного воздуха периода месяцев с отрицательными средними месячными температурами согласно примечаниям ниже;

wϕ – плотность материала увлажняемого слоя, кг/м3 , принимаемая

равной о

ρ по Своду правил;

wδ – толщина увлажняемого слоя ограждающей конструкции, м,

принимаемая равной 2/3 толщины однородной (однослойной) стены или толщине теплоизоляционного слоя (утеплителя) многослойной ограждающей конструкции;

avω∆ – предельно допустимое приращение расчетного массового

отношения влаги в материале увлажняемого слоя, %, за период влагонакопления

оz , принимаемое по таблице 10;

Таблица 10 Предельно допустимые значения коэффициента avω∆

Материал ограждающей конструкции

Предельно допустимое приращение расчетного массового отношения влаги в материале

avω∆ , %

1 Кладка из глиняного кирпича и керамических блоков 1,5 2 Кладка из силикатного кирпича 2,0 3 Легкие бетоны на пористых заполнителях (керамзитобетон, шугизитобетон, перлитобетон, шлакопемзобетон)

5

4 Ячеистые бетоны (газобетон, пенобетон, газосиликат и др.) 6 5 Пеногазостекло 1,5 6 Фибролит и арболит цементные 7,5 7 Минераловатные плиты и маты 3 8 Пенополистирол и пенополиуретан 25 9 Фенольно-резольный пенопласт 50 10 Теплоизоляционные засыпки из керамзита, шунгизита, шлака 3 11 Тяжелый бетон, цементно-песчаный раствор 2

68

Е – парциальное давление водяного пара, Па, в плоскости возможной конденсации за годовой период эксплуатации, определяемое формулой:

12

3z

3Е

2z

2Е

1z

1ЕE )( ⋅+⋅+⋅= , (29)

где 1Е , 2Е , 3Е – парциальное давление водяного пара, Па, принимаемое

по температуре в плоскости возможной конденсации, устанавливаемой при средней температуре наружного воздуха соответственно зимнего, весенне-осеннего и летнего периодов, определяемое согласно примечаниям ниже;

1z , 2z , 3z – продолжительность, мес, зимнего, весеннее-осеннего и

летнего периодов года, определяемая по таблице 3 СНиП 23-01-99* «Строительная климатология» с учетом следующих условий

а) к зимнему периоду относятся месяцы со средними температурами наружного воздуха ниже минус 5 С̊;

б) к весенне-осеннему периоду относятся месяцы со средними температурами наружного воздуха от минус 5 до плюс 5 С̊;

в) к летнему периоду относятся месяцы со средними температурами воздуха выше плюс 5 С̊;

η – коэффициент, определяемый по формуле:

evpR

оzext

оe

оЕ0.0024 ⋅−⋅= )(η , (30)

где extо

e – среднее парциальное давление водяного пара наружного

воздуха, Па, периода месяцев с отрицательными среднемесячными температурами, определяемыми согласно своду правил

Изложенные выше нормы сопровождаются следующими примечаниями: 1 Парциальное давление водяного пара 1Е , 2Е , 3Е и

оЕ для

ограждающих конструкций помещений с агрессивной средой следует принимать с учетом агрессивной среды.

2 При определении парциального давления 3Е для летнего периода

температуру в плоскости возможной конденсации во всех случаях следует принимать не ниже средней температуры наружного воздуха летнего периода, парциальное давление водяного пара внутреннего воздуха inte – не ниже

среднего парциального давления водяного пара наружного воздуха за этот период.

3 Плоскость возможной конденсации в однородной (однослойной) ограждающей конструкции располагается на расстоянии, равном 2/3 толщины конструкции от ее внутренней поверхности, а в многослойной конструкции совпадает с наружной поверхностью утеплителя.

69

Сопротивление паропроницанию vpR , м2⋅ч⋅Па/мг, чердачного перекрытия

или части конструкции вентилируемого покрытия, расположенной между внутренней поверхностью покрытия и воздушной прослойкой, в зданиях со скатами кровли шириной до 24 м должно быть не менее нормируемого

сопротивления паропроницанию reqvpR , определяемого по формуле:

)( extо

eintereqvpR 0.0012 −= ⋅ .

Не требуется проверять на выполнение данных норм по паропроницанию

следующие ограждающие конструкции: а) однородные (однослойные) наружные стены помещений с сухим и

нормальным режимами; б) двухслойные наружные стены помещений с сухим и нормальным

режимами, если внутренний слой стены имеет сопротивление паропроницанию более 1,6 м2·ч·Па/мг.

Для защиты от увлажнения теплоизоляционного слоя (утеплителя) в покрытиях зданий с влажным или мокрым режимом следует предусматривать пароизоляцию ниже теплоизоляционного слоя, которую следует учитывать при определении сопротивления паропроницанию покрытия в соответствии со Сводом правил.

2.2. Методика проектирования тепловой защиты зданий Свод правил СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий»

содержит методы проектирования, выбора и расчета теплотехнических характеристик ограждающих конструкций, рекомендации и справочные материалы, позволяющие реализовывать требования СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».

Положения Свода правил позволяют проектировать здания с рациональным использованием энергии путем выявления суммарного энергетического эффекта от использования архитектурных, строительных и инженерных решений, направленных на экономию энергетических ресурсов.

В Своде правил приведены рекомендации по выбору уровня теплозащиты на основе теплового баланса здания, по расчету приведенного сопротивления теплопередаче неоднородных ограждающих конструкций, требования к конструктивным и архитектурным решениям зданий с точки зрения их теплозащиты. Установлены методы определения сопротивления воздухо-, паропроницанию, теплоустойчивости наружных ограждающих конструкций, теплоэнергетических параметров здания, предложены форма и методика заполнения электронной версии энергетического паспорта здания.

70

При разработке Свода правил использованы положения действующих нормативных документов, прогрессивные конструктивные решения наружных ограждений, наиболее эффективные технические решения теплозащиты зданий, примененные на различных объектах Российской Федерации, работы Общества по защите природных ресурсов, а также следующие зарубежные стандарты:

DIN EN 832 – Европейский стандарт. «Теплозащита зданий - расчеты энергопотребления на отопление - жилые здания»;

Строительные нормы Великобритании 1995 – часть L. «Сбережение топлива и энергии»;

SAP BRE – Стандарт Великобритании. «Государственная стандартная методика расчета энергопотребления в жилых зданиях»;

SS02 42 30 – Шведский стандарт. «Конструкции из листовых материалов с теплопроводными включениями – Расчет сопротивления теплопередаче»;

Rt 2000 – Франция. «Постановление о теплотехнических характеристиках новых зданий и новых частей зданий» от 29.11.2000;

EnEV 2002 – ФРГ. «Постановление об энергосберегающей тепловой защите и энергосберегающих отопительных установках зданий» от 16.11.2001.

2.2.1. Исходные данные Свод правил оговаривает необходимые исходные данные для

проектирования тепловой защиты зданий. Расчетная температура наружного воздуха extt , принимаемая равной средней температуре наиболее холодной

пятидневки обеспеченностью 0,92 по СНиП 23-01-99* «Строительная климатология», для города Иркутска равна –36 С̊. Параметры воздуха внутри жилых и общественных зданий из условия комфортности определяются для холодного периода года по таблице 11, и для теплого периода года по таблице 12. Расчетная относительная влажность воздуха внутри жилых и общественных зданий должна быть не выше значений, приведенных в таблицах.

Таблица 11

Оптимальная температура и допустимая относительная влажность воздуха внутри здания для холодного периода года

№ п.п. Тип здания

Температура воздуха внутри

здания

intt , ˚С

Относительная влажность внутри здания intϕ , %,

не более

1 Жилые 20 – 22 55 2 Поликлиники и лечебные

учреждения 21 – 22 55

3 Дошкольные учреждения 22 – 23 55

71

Таблица 12 Допустимые температура и относительная влажность воздуха внутри здания

для теплого периода года

№ п.п. Тип здания

Температура воздуха внутри

здания

intt , ˚С

Относительная влажность внутри здания intϕ , %,

не более

1 Жилые 24 – 28 60 2 Поликлиники и лечебные

учреждения 24 – 28 60

3 Дошкольные учреждения 24 – 28 60 Температура внутренних поверхностей наружных ограждений здания, где

имеются теплопроводные включения (диафрагмы, сквозные включения цементно-песчаного раствора или бетона, межпанельные стыки, жесткие соединения и гибкие связи в многослойных панелях, оконные обрамления и т.д.), в углах и на оконных откосах не должна быть ниже, чем температура точки росы воздуха внутри здания dt при расчетной относительной влажности

intϕ и расчетной температуре intt внутреннего воздуха. Для жилых и

общественных зданий температура точки росы dt приведена в таблице 13.

Таблица 13

Температура точки росы воздуха внутри здания для холодного периода года

№ п.п. Тип здания Температура точки росы dt , ˚С

1 Жилые, школьные и другие общественные здания (кроме приведенных в п.2 и п.3)

10,7

2 Поликлиники и лечебные учреждения 11,6 3 Дошкольные учреждения 12,6

Нормы документы призваны обеспечить проектирование тепловой

защиты зданий при заданном расходе тепловой энергии на поддержание установленных параметров микроклимата их помещений и соблюдения санитарно-гигиенических условий. Упомянутые в начале раздела 2.1. три обязательных нормируемых показателя тепловой защиты являются взаимно увязанными: «а» – нормируемые значения сопротивления теплопередаче для отдельных ограждений; «б» – нормируемые величины температурного перепада между температурами внутреннего воздуха и на поверхности ограждения, температуру на внутренней поверхности ограждения выше температуры точки росы; «в» – нормируемый удельный показатель расхода тепловой энергии на отопление.

Требования СНиП 23-02-2003 считаются выполненными, если при проектировании жилых и общественных зданий удовлетворены показатели

72

групп «а» и «б» либо «б» и «в», и для зданий производственного назначения – показателей групп «а» и «б». Выбор показателей относится к компетенции проектировщика или заказчика, а методы и пути достижения этих нормируемых показателей выбираются при проектировании. Требованиям показателей «б» должны отвечать все виды ограждающих конструкций: обеспечивать комфортные условия пребывания человека и предотвращать поверхности внутри помещения от увлажнения, намокания и появления плесени.

По показателям «в» проектирование зданий ведется исходя из комплексной величины энергосбережения от использования архитектурных, строительных, теплотехнических и инженерных решений, направленных на экономию энергетических ресурсов, и поэтому возможно в каждом конкретном случае установление меньших, чем по показателям «а», нормируемых сопротивлений теплопередаче для отдельных видов ограждающих конструкций, например, для стен (но не ниже минимальных величин, установленных в п. 5.13 СНиП 23-02-2003).

Расчетная величина удельного расхода тепловой энергии на отопление здания может быть снижена за счет:

а) изменения объемно-планировочных решений, обеспечивающих наименьшую площадь наружных ограждений уменьшения числа наружных углов, увеличения ширины зданий, а также использования ориентации и рациональной компоновки многосекционных зданий;

б) снижения площади световых проемов жилых зданий до минимально необходимой по требованиям естественной освещенности;

в) блокирования зданий с обеспечением надежного примыкания соседних зданий;

г) устройства тамбурных помещений за входными дверями; д) возможности размещения зданий с меридиональной или близкой к ней

ориентацией продольного фасада; е) использования эффективных теплоизоляционных материалов и

рационального расположения их в ограждающих конструкциях, обеспечивающего более высокую теплотехническую однородность и эксплуатационную надежность наружных ограждений, а также повышения степени уплотнения стыков и притворов открывающихся элементов наружных ограждений;

ж) повышения эффективности авторегулирования систем обеспечения микроклимата, применения эффективных видов отопительных приборов и более рационального их расположения;

и) выбора более эффективных систем теплоснабжения; к) размещения отопительных приборов, как правило, под светопроемами

и теплоотражательной теплоизоляции между ними и наружной стеной; л) утилизации теплоты удаляемого внутреннего воздуха и поступающей в

помещение солнечной радиации.

73

Согласно Своду правил по показателям «а» и «б» осуществляется выбор конструктивных решений ограждений, обеспечивающих необходимую теплозащиту. Соответствующие показателям нормируемые значения reqR

определяют не меньшие значения для приведенного сопротивления rо

R

ограждающих конструкций. Рекомендуемые технические решения наружных стен и окон, уровни их

теплозащиты для основных селитебных и промышленных зон территории Российской федерации, выделяемых по величине градусо-суток отопительного периода, приведены в таблицах 14 и 15.

Таблица 14 Уровни теплозащиты рекомендуемых ограждающих конструкций наружных

стен

Материал стены Сопротивление теплопередаче ( r

WR , м2·˚С/Вт) и область

применения (dD , ˚С⋅сут) при конструктивном решении стены

Конструк-ционный

Теплоизоля-ционный

двухслойные с наружной

теплоизоляцией

трехслойные с теплоизоляцией

посредине

с невентилируемой

воздушной прослойкой

с вентили-руемой

воздушной прослойкой

Пенополистирол 5,2/10850 4,3/8300 4,5/8850 4,15/7850 Кирпичная кладка Минеральная

вата 4,7/9430 3,9/7150 4,1/7700 3,75/6700

Пенополистирол 5,0/10300 3,75/6850 4,0/7430 3,6/6300 Железобетон (гибкие связи, шпонки)

Минеральная вата

4,5/8850 3,4/5700 3,6/6300 3,25/5300

Пенополистирол 5,2/10850 4,0/7300 4,2/8000 3,85/7000 Керамзитобетон (гибкие связи, шпонки)

Минеральная вата

4,7/9430 3,6/6300 3,8/6850 3,45/5850

Пенополистирол 5,7/12280 5,8/12570 - 5,7/12280 Дерево (брус) Минеральная вата

5,2/10850 5,3/11140 - 5,2/10850

Пенополистирол - 5,8/12570 5,5/11710 5,3/11140 На деревянном каркасе с тонколистовыми обшивками

Минеральная вата

- 5,2/10850 4,9/10000 4,7/9430

Металлические обшивки (сэндвич)

Пенополиуретан - 5,1/10570 - -

Блоки из ячеис-того бетона с кирпичной облицовкой

Ячеистый бетон 2,4/2850 - 2,6/3430 2,25/2430

Прим е ч а н и е – В числителе (перед чертой) – ориентировочные значения приведенного сопротивления теплопередаче наружной стены, в знаменателе (за чертой) – предельные значения градусо-суток отопительного периода, при которых может быть применена данная конструкция стены.

74

Кроме того, в Своде правил и в таблицах величина приведенного

сопротивления rо

R для стен обозначается как rWR , а для окон как r

FR . Следует

учесть также, что с 2004 года, времени принятия Свода правил, появились и продолжают появляться новые технические и технологические решения ограждающих конструкций стен и окон, поэтому некоторые стеновые материалы и типы переплетов светопроемов в настоящее время уже не применяются, а некоторые можно считать устаревшими.

Таблица 15 Уровни теплозащиты рекомендуемых окон в деревянных и пластмассовых

переплетах

Сопротивление теплопередаче ( rFR , м2·˚С/Вт)

и применение (dD , ˚С⋅сут) по типам окон

Заполнения светопроемов из обычного

стекла

с твердым селективным покрытием

с мягким селективным покрытием

Однокамерный стеклопакет в одинарном переплете

0,38/3067 0,51/4800 0,56/5467

Двойное остекление в спаренных переплетах 0,4/3333 0,55/5333 - Двойное остекление в раздельных переплетах 0,44/3867 0,57/5600 - Двухкамерный стеклопакет в одинарном переплете с межстекольным расстоянием: 8 мм

12 мм 0,51/4800 0,54/5200

- 0,58/5733

- 0,68/7600

Тройное остекление в раздельно-спаренных переплетах

0,55/5333 0,60/6000 -

Стекло и однокамерный стеклопакет в раздельных переплетах

0,56/5467 0,65/7000 0,72/8800

Стекло и двухкамерный стеклопакет в раздельных переплетах

0,68/7600 0,74/9600 0,81/12400

Два однокамерных стеклопакета в спаренных переплетах

0,7/8000 - -

Два однокамерных стеклопакета в раздельных переплетах

0,74/9600 - -

Четыре стекла в двух спаренных переплетах 0,8/12000 - -

Прим е ч а н и е – В числителе (перед чертой) – значения приведенного сопротивления теплопередаче, в знаменателе (за чертой) – предельное значение градусо-суток отопительного периода, при котором применимо заполнение светопроема.

2.2.2. Правила проектирования тепловой защиты Свод правил содержит рекомендации по выбору конструктивных

решений для основных ограждений зданий, обеспечивающих нормативный уровень теплозащиты.

Стены. В теплотехническом отношении принято различать три вида наружных стен: однослойные, двухслойные и трехслойные. Считается, что однослойные стены совмещают несущие и теплозащитные функции. В

75

трехслойных ограждениях с защитными слоями на точечных (гибких, шпоночных) связях рекомендуется применять утеплитель из минеральной ваты, стекловаты или пенополистирола. В этих ограждениях соотношение толщин наружных и внутренних слоев должно быть не менее 1:1.25 при минимальной толщине наружного слоя 50 мм.

В двухслойных стенах предпочтительно расположение утеплителя снаружи. Используются два варианта наружного утеплителя: системы с наружным покровным слоем без зазора и системы с воздушным зазором между наружным облицовочным слоем и утеплителем. Не рекомендуется применять теплоизоляцию с внутренней стороны из-за возможного накопления влаги в теплоизоляционном слое, однако в случае необходимости такого применения поверхность со стороны помещения должна иметь сплошной и долговечный пароизоляционный слой.

При проектировании стен с невентилируемыми воздушными прослойками следует руководствоваться следующими рекомендациями:

– размер прослойки по высоте должен быть не более высоты этажа и не более 6 м, размер по толщине – не менее 40 мм (10 мм при устройстве отражательной теплоизоляции);

– воздушные прослойки следует разделять глухими диафрагмами из негорючих материалов на участки размером не более 3 м;

– воздушные прослойки рекомендуется располагать ближе к холодной стороне ограждения.

При проектировании стен с вентилируемой воздушной прослойкой (стены с вентилируемым фасадом) следует руководствоваться следующими рекомендациями:

– воздушная прослойка должна быть толщиной не менее 60 и не более 150 мм и ее следует размещать между наружным слоем и теплоизоляцией; следует предусматривать рассечки воздушного потока по высоте каждые три этажа из перфорированных перегородок;

– наружный слой стены должен иметь вентиляционные отверстия, суммарная площадь которых определяется из расчета 75 см2 на 20 м2 площади стен, включая площадь окон;

– нижние (верхние) вентиляционные отверстия, как правило, следует совмещать с цоколями (карнизами), причем для нижних отверстий предпочтительно совмещение функций вентиляции и отвода влаги.

Коэффициент теплотехнической однородности r с учетом теплотехнических однородностей оконных откосов и примыкающих внутренних ограждений проектируемой конструкции для:

– для стен жилых зданий из кирпича должен быть, как правило, не менее 0,74 при толщине стены 510 мм, 0.69 – при толщине 640 мм и 0,64 – при толщине 780 мм;

– панелей индустриального изготовления должен быть, как правило, не менее величин, установленных в таблице 16.

76

Таблица 16 Минимально допустимые значения коэффициента теплотехнической

однородности для конструкций индустриального изготовления

№ п.п.

Ограждающая конструкция Коэффициент

r 1 Из однослойных легкобетонных панелей 0.90 2 Из легкобетонных панелей с термовкладышами 0.75 3 Из трехслойных железобетонных панелей с эффективным

утеплителем и гибкими связями 0.70

4 Из трехслойных железобетонных панелей с эффективным утеплителем и железобетонными шпонками или ребрами из керамзитобетона

0.60

5 Из трехслойных железобетонных панелей с эффективным утеплителем и железобетонными ребрами

0.50

6 Из трехслойных металлических панелей с эффективным утеплителем 0.75 7 Из трехслойных асбестоцементных панелей с эффективным

утеплителем 0.70

Крыши, чердаки, покрытия, мансарды. Покрытия жилых и общественных

зданий могут быть бесчердачными (совмещенными) и раздельной конструкции, верхнее и нижнее перекрытия которой образуют чердачное пространство, и в зависимости от способа удаления вентиляционного воздуха оно может быть холодным или теплым.

Крыши с холодным чердаком разрешается применять в жилых зданиях любой этажности. Крыши с теплым чердаком рекомендуется применять в зданиях 6 этажей и более. В крыше с холодным чердаком внутреннее пространство должно вентилироваться наружным воздухом через специальные отверстия в стенах, площадь сечения которых при железобетонном покрытии или сплошной скатной кровле из металлических или других материалов должна быть не менее 0,001 площади перекрытия. При скатной кровле из штучных материалов (асбестоцементных листов, черепицы) чердачное пространство вентилируется через зазоры между его листами, поэтому вентиляционные отверстия допускается не предусматривать.

Бесчердачные покрытия (совмещенные крыши) могут устраиваться невентилируемыми и вентилируемыми. Невентилируемые покрытия следует предусматривать в тех случаях, когда в конструкции покрытия путем применения пароизоляции и других мероприятий исключается недопустимое влагонакопление в холодный период года. Вентилируемые покрытия надлежит предусматривать в тех случаях, когда конструктивные меры не обеспечивают нормального влажностного состояния конструкций.

В жилых и общественных зданиях рекомендуется применение вентилируемых совмещенных крыш. Рекомендуемая конструкция бесчердачного (совмещенного) вентилируемого покрытия крыши может содержать следующие слои, считая от нижней поверхности:

– несущая конструкция;

77

– пароизолирующий слой; – теплоизолирующий слой; – вентилируемая прослойка, служащая для удаления влаги из

конструкции покрытия или для его охлаждения; – основание под гидроизоляцию (стяжка или кровельная плита при

щелевых вентилируемых прослойках); – многослойный гидроизолирующий кровельный ковер. Волокнистые теплоизоляционные материалы в вентилируемых

покрытиях должны быть защищены от воздействия вентилируемого воздуха паропроницаемыми пленочными покрытиями.

Светопрозрачные ограждающие конструкции. Заполнение светопроемов зданий выполняется в зависимости от градусо-суток отопительного периода в виде двухслойного, трехслойного или четырехслойного остекления (стеклопакетов или отдельных стекол), закрепляемого в переплетах из малотеплопроводных материалов. Для повышения теплозащиты окон с отдельными стеклами рекомендуется применение стекол с твердым селективным покрытием.

Оконные блоки и балконные двери следует размещать в оконном проеме на глубину обрамляющей «четверти» (50–120 мм) от плоскости фасада теплотехнически однородной стены или посередине теплоизоляционного слоя в многослойных конструкциях стен. Размещение оконного блока и балконной двери по толщине стены рекомендуется проверять по расчету температурных полей из условия невыпадения конденсата на внутренней поверхности откосов проема. Оконные блоки следует закреплять на более прочном слое стены. При выборе окон и балконных дверей следует отдавать предпочтение конструкциям, имеющим по ширине не менее 90 мм коробки. Рекомендуемая ширина коробки 100–120 мм. Заполнение зазоров в примыканиях окон и балконных дверей к конструкциям наружных стен рекомендуется проектировать с применением вспенивающихся синтетических материалов. Все притворы окон и балконных дверей должны содержать уплотнительные прокладки (не менее двух) из силиконовых материалов или морозостойкой резины. Установку стекол следует производить с применением силиконовых мастик. Допускается применение двухслойного остекления вместо трехслойного для окон и балконных дверей, выходящих внутрь остекленных лоджий.

При разработке объемно-планировочных решений не рекомендуется одновременное размещение окон по обеим наружным стенам угловых комнат. В помещениях глубиной более 6 м необходимо предусматривать двухстороннее (на противоположных стенах) или угловое расположение окон.

Свод правил содержит рекомендации по оценке значений сопротивления

теплопередаче ограждений как для случаев одномерного температурного поля, так и для случая двумерных температурных полей. В соответствие с

78

нормируемыми значениями reqR по показателям «а» и «б» находятся

приведенные сопротивления теплопередаче и проверяются ограждающие конструкции на обеспечение комфортных условий в местах смещений и на невыпадение конденсата в местах теплопроводных включений. В итоге наружные ограждения должны удовлетворять:

– нормируемому сопротивлению теплопередаче reqR для однородных

конструкций ограждений по оценке значения oR , а для неоднородных

конструкций по оценке приведенного сопротивления теплопередаче rо

R , но при

соблюдения условия oR (или rо

R ) ≥ reqR ;

– расчетному температурному перепаду о

t∆ между температурой

внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции по формуле (25), но не превышающему нормируемые величины

nt∆ по таблице 5;

– минимальной температуре, равной температуре точки росы dt при

расчетных условиях внутри помещения на всех участках внутренней поверхности наружных ограждений с температурами intt , но при соблюдении

условия intt ≥ dt .

Приведенное сопротивление теплопередаче rо

R для наружных стен

следует рассчитывать для фасада здания либо для одного промежуточного этажа с учетом откосов проемов без учета их заполнений с проверкой условия на невыпадение конденсата на участках в зонах теплопроводных включений. Для теплотехнически неоднородных наружных ограждающих конструкций, содержащих углы, проемы, соединительные элементы между наружными облицовочными слоями (ребра, шпонки, стержневые связи), сквозные и несквозные теплопроводные включения, осуществляют теплотехнический расчет выбранных конструктивных решений на основе расчета температурных полей.

Свод правил определяет термическое сопротивление ограждающей конструкции с последовательно расположенными слоями

kR , м2·˚С/Вт,

подобно формуле (14), как сумму термических сопротивлений отдельных слоев:

a.lRnR2R1RkR ++++= ... , (31)

где 1R , 2R , … , nR – термическое сопротивление отдельных слоев, a.lR –

термическое сопротивление воздушной прослойки, определяемое по таблице 17.

79

Таблица 17 Термическое сопротивление замкнутых воздушных прослоек

Термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки

a.lR , м2·˚С/Вт

горизонтальной при потоке теплоты снизу вверх и вертикальной

горизонтальной при потоке теплоты сверху вниз

при температуре воздуха в прослойке

Толщина воздушной

прослойки, м

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 Сопротивление теплопередаче

oR , м2·˚С/Вт, однородной однослойной или

многослойной ограждающей конструкции с однородными слоями или ограждающей конструкции в удалении от теплотехнических неоднородностей не менее чем на две толщины ограждающей конструкции определяется формулой:

extRkRintRoR ++= ,

где int1intR α= , intα – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности

ограждающих конструкций, принимаемый по таблице 7; ext1extR α= , extα –

коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающих конструкций, принимаемый по таблице 18.

Таблица 18 Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности extα для условий холодного

периода

№ п.п.

Наружная поверхность ограждающих конструкций

Коэффициент теплоотдачи

extα , 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) подполь-ями и холодными этажами в Северной строительно-климатической зоне

17

3 Перекрытий чердачных и над неотапливаемыми подвалами со световыми проемами в стенах

12

4 Перекрытий над неотапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенных выше уровня земли, и над неотапливаемыми техническими подпольями, расположенными ниже уровня земли

6

80

При наличии в ограждающей конструкции прослойки, вентилируемой наружным воздухом:

а) слои конструкции, расположенные между воздушной прослойкой и наружной поверхностью, в теплотехническом расчете не учитываются;

б) на поверхности конструкции, обращенной в сторону вентилируемой наружным воздухом прослойки, коэффициент теплоотдачи extα принимается

равным 10.8 Вт / м2·˚С. Теплотехнический расчет неоднородных наружных ограждающих

конструкций, содержащих углы, проемы, соединительные элементы между наружными облицовочными слоями (ребра, шпонки, стержневые связи), сквозные и несквозные теплопроводные включения, выполняют на основе расчета температурных полей.

Приведенное сопротивление теплопередаче rо

R , м2·˚С/Вт, неоднородной

ограждающей конструкции или ее участка (фрагмента) следует определять по формуле:

Q

AexttinttnroR

⋅−⋅=

)(, (32)

где A – площадь неоднородной ограждающей конструкции или ее фрагмента, м2, по размерам с внутренней стороны, включая откосы оконных проемов; Q – суммарный тепловой поток, Вт, через конструкцию или ее фрагмент площадью A , определяемый на основе расчета температурного поля.

Приведенное сопротивление теплопередаче rо

R всей ограждающей

конструкции следует определять по формуле:

),(( rioRiA

m

1iAr

oR ∑=

= , (33)

где iA , r

io,R – соответственно площадь i -го участка характерной части

ограждающей конструкции и его приведенное сопротивление теплопередаче, A – общая площадь конструкции, равная сумме площадей отдельных участков, m – число участков ограждающей конструкции с различным приведенным сопротивлением теплопередаче.

Допускается определение приведенного сопротивления характерного i -го участка ограждающей конструкции r

оR одним из следующих методов:

а) по формуле rconoRr

оR ⋅= , где con

oR – сопротивление i -го участка

однородной ограждающей конструкции, определяемое по формуле (32); б) по формуле (31), где

kR следует заменить на приведенное термическое

сопротивление rkR .

Для плоских ограждающих конструкций с теплопроводными включениями толщиной больше 50 % толщины ограждения, теплопроводность

81

которых не превышает теплопроводности основного материала более чем в 40 раз, приведенное термическое сопротивление определяется следующим образом:

а) плоскостями, параллельными направлению теплового потока, ограждающая конструкция (или часть ее) условно разрезается на участки, из которых одни участки могут быть однородными (однослойными) – из одного материала, а другие неоднородными – из слоев с различными материалами; термическое сопротивление ограждающей конструкции

aTR , м2·˚С/Вт,

определяется по формуле (33) применительно термическому сопротивлению, где термическое сопротивление отдельных однородных участков конструкции определяется по формуле (8) и по формуле (31) для многослойных участков;

б) плоскостями, перпендикулярными направлению теплового потока, ограждающая конструкция (или часть ее, принятая для определения

aTR )

условно разрезается на слои, из которых одни слои могут быть однородными – одного материала, а другие неоднородными из разных материалов. Термическое сопротивление однородных слоев определяется по формуле (8), неоднородных слоев – по формуле (33) и термическое сопротивление ограждающей конструкции

TR – как сумма термических сопротивлений

отдельных однородных и неоднородных слоев – по формуле (31). В результате итоговое приведенное термическое сопротивление r

kR

ограждающей конструкции следует определять по формуле: 3TR2aTRrkR )( += .

Если величина aTR превышает величину

TR более чем на 25 % или

ограждающая конструкция не является плоской (имеет выступы на поверхности), то приведенное сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции следует определять по методу выделения характерного i -го участка ограждающей конструкции.

Светопрозрачные ограждающие конструкции подбирают по следующей методике.

Нормируемое сопротивление теплопередаче reqR светопрозрачных

конструкций следует определять по таблице 4. При этом сначала вычисляют для соответствующего климатического района количество градусо-суток отопительного периода

dD по формуле (24). В зависимости от величины dD и

типа проектируемого здания по колонкам 6 и 7 вышеупомянутой таблицы определяется значение

reqR . Для промежуточных значений dD величина

reqR

определяется по формулам примечания 1 к этой таблице. Выбор светопрозрачной конструкции осуществляется по значению

приведенного сопротивления теплопередаче rо

R , полученному в результате

сертификационных испытаний. Если ее приведенное сопротивление

82

теплопередаче выбранной светопрозрачной конструкции rо

R , больше или равно

reqR , то эта конструкция удовлетворяет требованиям норм.

Суммарная площадь окон жилых зданий должна быть не более 18 % (для общественных – не более 25 %) суммарной площади светопрозрачных и непрозрачных ограждающих конструкций, если приведенное сопротивление теплопередаче окон меньше:

0.51 м2·˚С/Вт при градусо-сутках 3500 и ниже; 0.56 м2·˚С/Вт при градусо-сутках выше 3500 до 5200; 0.65 м2·˚С/Вт при градусо-сутках выше 5200 до 7000; 0.81 м2·˚С/Вт при градусо-сутках выше 7000. При определении этого соотношения в суммарную площадь

непрозрачных конструкций следует включать все продольные и торцевые стены.

Защита от влаги ограждающих конструкций предусматривает знание

результатов расчета сопротивления паропроницания ограждений. Исходным является расчет величины нормируемого сопротивления паропроницанию ограждающей конструкции в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации.

С использованием таблицы 1 определяются значения парциального давления насыщенного водяного пара E ,

оE , 1E , 2E , 3E , в соответствии с

найденной по формуле (17) температурой в плоскости возможной конденсации при средней температуре наружного воздуха соответственно холодного, переходного, теплого периодов и периода месяцев с отрицательными средними месячными температурами.

Сопротивление паропроницанию vpR однослойной или отдельного слоя

многослойной ограждающей конструкции определяется по формуле (20). Сопротивление паропроницанию многослойной ограждающей конструкции (или ее части) равно сумме сопротивлений паропроницанию составляющих ее слоев.

Сопротивление паропроницанию воздушных прослоек в ограждающих конструкциях следует принимать равным нулю независимо от расположения и толщины этих прослоек.

Для обеспечения нормируемого сопротивления паропроницанию req1vpR

ограждающей конструкции следует определять сопротивление паропроницанию vpR конструкции в пределах от внутренней поверхности до

плоскости возможной конденсации. В помещениях с влажным или мокрым режимом следует

предусматривать пароизоляцию теплоизолирующих уплотнителей сопряжений элементов ограждающих конструкций (мест примыкания заполнений проемов к

83

стенам и т.п.) со стороны помещений; сопротивление паропроницанию в местах таких сопряжений проверяется из условия ограничения накопления влаги в сопряжениях за период с отрицательными средними месячными температурами наружного воздуха на основании расчета температурного и влажностного полей.

Значение температуры в плоскости возможной конденсации определяется по формуле (17), где в качестве температур intt и extt принимаются расчетные

температуры соответственно внутреннего и наружного воздуха (среднесезонная или средняя за период влагонакопления), а термическое сопротивление принимается как сумма термических сопротивлений слоев конструкции, расположенных между внутренней поверхностью и плоскостью возможной конденсации.

Независимо от результатов расчета по формулам (27) – (30) нормируемые

сопротивления паропроницанию req1vpR и req

2vpR (в пределах от внутренней

поверхности до плоскости возможной конденсации) во всех случаях должны приниматься не более 5 м2⋅ч⋅Па/мг.

2.2.3. Примеры расчета тепловой защиты Расчет уровня тепловой защиты по нормируемому удельному расходу

тепловой энергии на отопление здания. Требуется определить уровень теплозащиты 12-этажного жилого двухсекционного здания, намеченного к строительству в Санкт-Петербурге. Уровень теплозащиты определяется по комплексному показателю нормируемого удельного расхода тепловой энергии на отопление здания.

Двенадцатиэтажное двухсекционное жилое здание состоит из одной торцевой секции и одной угловой торцевой секции. Общее количество квартир – 77 (2-й – 12-й этажи), 1-й этаж – офисные помещения. Каркас, включая перекрытия, – из монолитного железобетона. Стены – самонесущие с эффективным утеплителем, окна с трехслойным остеклением в деревянных раздельно-спаренных переплетах. Покрытие – совмещенное железобетонное с эффективным утеплителем. Цокольный этаж – отапливаемый с размещением офисных и административных помещений, полы по грунту. Здание подключено к централизованной системе теплоснабжения.

Климатические параметры Санкт-Петербурга: – расчетная температура наружного воздуха extt , определяемая по

температуре для наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0.92, равна – 26 С̊;

– продолжительность отопительного периода со средней суточной температурой наружного воздуха ≤ 8 °С равна htz = 220 сут;

– средняя температура наружного воздуха за отопительный период htt =

–1.8 С̊.

84

Принимается оптимальная расчетная температура внутреннего воздуха жилого здания intt = 20 С̊, а расчетная относительная влажность внутреннего

воздуха из условия невыпадения конденсата на внутренних поверхностях наружных ограждений intϕ = 55%.

Градусо-сутки отопительного периода согласно формуле (24)

сутС 47962201.820htzhttinttdD ⋅°=+ ⋅=⋅−= )()( .

Порядок расчета. Расчет площадей и объемов объемно-планировочного решения здания

выполняют по рабочим чертежам архитектурно-строительной части проекта. В результате получены следующие основные объемы и площади:

– отапливаемый объем hV = 22956 м3;

– отапливаемая площадь (для жилых зданий – площадь квартир) hA =

7557 м2; – площадь жилых помещений

lA = 4258 м2;

– общая площадь наружных ограждающих конструкций здания sumeA =

6472 м2, в том числе: стен wA = 4508 м2; окон и балконных дверей

FA = 779 м2;

совмещенного покрытия cA = 592.5 м2; перекрытий под эркерами

f1A = 13 м2;

полов по грунту fA = 579.5 м2.

Рассчитывается отношение площади окон и балконных дверей к площади стен, включая окна и балконные двери )( FAwAFAf += = 779/(4508 + 779) =

0.15, что ниже требуемого отношения, которое согласно СНиП 23-02-2003 должно быть не более 0.18.

Рассчитывается показатель компактности здания h

VsumeAdes

ek = =

6475/22956 = 0.28, что ниже нормируемого значения, которое согласно СНиП 23-02-2003 для 12-этажных зданий составляет 0.29, и, следовательно, удовлетворяет требованиям норм.

Нормируемые теплозащитные характеристики наружных ограждений предварительно определяются согласно разделу 5 СНиП 23-02-2005 в зависимости от градусо-суток района строительства. Для Санкт-Петербурга ( dD = 4796 С̊ сут) нормируемое сопротивление теплопередаче наружных стен

reqwR = 3.08; окон и балконных дверей req

FR = 0.51; совмещенного покрытия

reqcR = 4.6; перекрытий под эркерами req

1fR = 4.6; полов по грунту (в

отапливаемом подвале) reqfR = 4.06 м2·˚С/Вт.

85

Нормируемое значение удельного расхода тепловой энергии на отопление здания определяется по таблице 9 СНиП 23-02-2003. Для 12-этажных

жилых зданий эта величина равна reqhR = 70 КДж/(м2·˚С·сут)

Выполняется расчет удельной потребности в тепловой энергии на

отопление здания reqhq , КДж/(м2·˚С·сут), согласно приложению Г СНиП 23-02-

2003. Поскольку в здании применены окна с трехслойным остеклением в

деревянных раздельно-спаренных переплетах, то в расчет введено rFR = 0,55

м2·˚С/Вт . В результате расчета deshq = 67,45 КДж/(м2·˚С·сут) при норме req

hq =

70 КДж/(м2·˚С·сут). Расчет сопротивления паропроницанию. Рассчитать сопротивление

паропроницанию наружной многослойной стены из железобетона, утеплителя и кирпичной облицовки жилого здания в Москве. Проверить соответствие сопротивления паропроницанию стены требованиям СНиП 23-02-2003, рассчитать распределение парциального давления водяного пара по толще стены и возможность образования конденсата в толще стены.

Расчетная температура intt и относительная влажность внутреннего

воздуха intϕ : для жилых помещений intt = 20 С̊, intϕ = 55 % (согласно СНиП

23-02-2003). Расчетная зимняя температура и относительная влажность наружного воздуха определяются следующим образом: extt и extϕ

принимаются соответственно равными средней месячной температуре и средней относительной влажности наиболее холодного месяца. Для Москвы наиболее холодный месяц январь и согласно таблице 3 extt = –10.2С̊, и

согласно таблице 1 extϕ = 84 % (СНиП 23-01-99* «Строительная

климатология»). Влажностный режим жилых помещений – нормальный; зона влажности

для Москвы – нормальная и условия эксплуатации ограждающих конструкций определяются по параметру Б (СНиП 23-02-2003).

Наружная многослойная стена жилого дома состоит из следующих слоев, считая от внутренней поверхности:

1 – гипсовая штукатурка толщиной 5 мм, плотностью о

ρ = 1000 кг/м3 с

окраской внутренней поверхности двумя слоями масляной краски, расчетные коэффициенты теплопроводности

Бλ = 0,35 Вт/(м·˚С), паропроницаемости µ =

0,11 мг/(м⋅ч⋅Па); 2 – железобетон толщиной 100 мм, плотность

оρ = 2500 кг/м3,

Бλ = 2,04

Вт/(м·˚С), µ = 0,03 мг/(м⋅ч⋅Па);

86

3 – утеплитель «ДАУ ЮРОП ГмбХ» толщиной 100 мм, плотностью о

ρ =

28 кг/м3, Б

λ = 0,031 Вт/(м·˚С), µ = 0.006 мг/(м⋅ч⋅Па);

4 – кирпичная облицовка из сплошного глиняного обыкновенного кирпича толщиной 120 мм,

оρ = 1800 кг/м3,

Бλ = 0.81 Вт/(м·˚С), µ = 0.11

мг/(м⋅ч⋅Па); 5 – штукатурка из поризованного гипсо-перлитового раствора толщиной

8 мм, о

ρ = 500 кг/м3, Б

λ = 0.19 Вт/(м·˚С), µ = 0.43 мг/(м⋅ч⋅Па).

Порядок расчета. Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции находится по

формуле (14) и равно:

оR = 1/8.7 + 0.005/0.35 + 0.1/2.04 + 0.1/0.031 + 0.12/0.81 + 0.008/0.19 + 1/23 =

3.638 м2·˚С/Вт. Согласно СНиП 23-02-2003 (п. 9.1, примечание 3) плоскость возможной

конденсации в многослойной конструкции совпадает с наружной поверхностью утеплителя.

Сопротивление паропроницанию vpR , м2⋅ч⋅Па/мг, ограждающей

конструкции в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации находится с использованием формулы (20) и равно (здесь и далее пренебрегается сопротивлением влагообмену у внутренней и наружной поверхностях):

vpR = 0.005/0.11 + 0.1/0.03 +0.1/0.006 = 20.04 м2⋅ч⋅Па/мг.

Сопротивление паропроницанию vpR , м2⋅ч⋅Па/мг, ограждающей

конструкции (в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации) должно быть не менее нормируемых сопротивлений паропроницанию, определяемых по формулам (27) и (28). При intt = 20 С̊

парциальное давление насыщенного пара intE = 2338 Па.

Тогда при intϕ = 55 % , intе = (55/100)⋅2338 = 1286 Па.

Определяется термическое сопротивление слоя ограждения в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации:

∑ nR = 0.005/0.35 + 0.1/2.04 + 0.1/0.031 = 3.289 (м2⋅˚С)/Вт.

Устанавливается для сезонных периодов их продолжительность iz ,

средняя температура it и рассчитывается соответствующая температура в

87

плоскости возможной конденсации iτ по формуле (17) для климатических

условий Москвы: зима (январь, февраль, декабрь) – 1z = 3 месяца;

1t = [(–10.2) + (–9.2) + (–7.3)]/3 = –8.9 ˚С;

1τ = 20 – (20 + 8.9)(0.115 + 3.289)/3.638 = –7.04 °С

весна – осень (март, апрель, октябрь, ноябрь) – 2z = 4 месяца;

2t = [(–4.3) + 4.4 + 4.3 + (–1.9)]/4 = 0.6 ˚С;

2τ = 20 –(20 – 0.6)(0.115 + 3.289)/3.638 = 1.85 ˚С

лето (май – сентябрь) – 3z = 5 месяцев;

3t = (11.9 + 16 + 18.1 + 16.3 + 10.7)/5 = 14.6 ˚С;

3τ = 20 – (20 – 14.6)(0.115 + 3.289)/3.638 = 14.95 ˚С.

По температурам 1τ , 2τ , 3τ для соответствующих периодов

определяются парциальные давления 1E , 2E , 3E водяного пара: 1E = 337 Па,

2E = 698 Па, 3E = 1705 Па и по формуле (29) определяется парциальное

давление водяного пара E в плоскости возможной конденсации за годовой период эксплуатации ограждающей конструкции для соответствующих продолжительностей периодов 1z , 2z , 3z :

E = (337⋅3 + 698⋅4 + 1705⋅5)/12 = 1027 Па.

Сопротивление паропроницанию evpR части ограждающей конструкции,

расположенной между наружной поверхностью и плоскостью возможной конденсации, определяется по формуле (20):

evpR = 0.008/0.43 + 0.12/0.11 = 1.11 м2⋅ч⋅Па/мг.

Среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха exte за

годовой период определяется как:

exte = (280 + 290 + 390 + 620 + 910 + 1240 + 1470 + 1400 + 1040 + 700 + 500 +

360)/12 = 767 Па. По формуле (27) определяется нормируемое сопротивление

паропроницанию из условия недопустимости накопления влаги за годовой период эксплуатации:

req

1vpR = (1286 – 1027)⋅1.11/(1027 – 767) = 1.11 м2⋅ч⋅Па/мг.

88

Для расчета нормируемого сопротивления паропроницанию req2vpR из

условия ограничения влаги за период с отрицательными средними месячными температурами наружного воздуха берется продолжительность этого периода и среднюю температуру этого периода

оz = 151 сут,

оt = –6.6 С̊.

Тогда температура в плоскости возможной конденсации для этого периода определяется по формуле (17) с наружной температурой –6.6 С̊ :

оτ = 20 – (20 + 6.6)⋅(0.115 + 3.289)/3.638 = – 4.89 ˚С

Этой температуре соответствует парциальное давление водяного пара

оE

= 405 Па. Увлажняемым слоем в рассматриваемой ограждающей конструкции

является утеплитель «ДАУ ЮРОП ГмбХ», для которого предельно допустимое приращение расчетного массового отношения влаги за период влагонакопления согласно таблице 10 будет avω∆ = 25%.

Средняя упругость водяного пара наружного воздуха за период с отрицательными средними месячными температурами, принятыми равными

оt

= –6.6 С̊ , будет согласно таблице 1 равной extо

e = 364 Па.

Коэффициент η определяется по формуле (30):

η = 0.0024(405 – 364)151/1.11 = 13.39.

По формуле (28) определяется величина req2vpR :

req2vpR = 0.0024⋅151(1286 - 405)/(28⋅0.1⋅25 + 13.39) = 3.83 м2⋅ч⋅Па/мг.

При сравнении полученного в начале задачи значения vpR с найденными

нормируемыми видно, что они соотносятся как:

vpR > req2vpR > req

1vpR .

Следовательно, ограждающая конструкция удовлетворяет установленным требованиям СНиП 23-02-2003 в отношении сопротивления паропроницанию.

Определение возможности образования конденсата в толще стены

базируется на результатах расчета соответствующего распределения парциального давления в толще стены.

Находится значения паропроницания для всей стены vpR :

89

vpR = 0.005/0.11 + 0.1/0.03 +0.1/0.006 + 0.12/0.11 + 0.008/0.43 =

21.15 м2⋅ч⋅Па/мг. Определяется парциальное давление водяного пара внутри и снаружи

стены:

intt = 20 С̊, intϕ = 55 %;

intе = (55/100)⋅2338 = 1286 Па;

extt = –10,2С̊, extϕ = 84 %;

extе = (84/100)⋅260 = 218 Па;

Определяются температуры iτ на границах слоев, нумеруя от внутренней

поверхности к наружной и соответствующие этим температурам максимальные парциальные давления водяного пара iE :

1τ = 20 – (20 + 10.2)(0.115)/3.638 = 19.0˚С; 1E = 2197 Па;

2τ = 20 – (20 + 10.2)(0.115 + 0.014)/3.638 = 18.9˚С; 2E = 2182 Па;

3τ = 20 – (20 + 10.2)(0.115 + 0.063)/3.638 = 18.5˚С; 3E = 2129 Па;

4τ = 20 – (20 + 10.2)(0.115 + 3.289)/3.638 = – 8.3˚С; 4E = 302 Па;

5τ = 20 – (20 + 10.2)(0.115 + 3.437)/3.638 = – 9.5˚С; 5E = 270 Па;

6τ = 20 – (20 + 10.2)(0.115 + 3.479)/3.638 = – 9.8˚С; 6E = 264 Па;

Рассчитываются по формуле (22) действительные парциальные давления

ie водяного пара на границах слоев, что дает в итоге:

1e = 1286 Па, 2e = 1283 Па, 3e = 1115 Па,

4e = 274 Па, 5e = 219 Па, 6e = 218 Па.

Попарное сравнение величин максимального парциального давления iE

водяного пара и величин действительного парциального давления ie водяного

пара на соответствующих границах слоев показывает, что все величины ie

ниже величин iE . Из сравнения можно сделать вывод, что возможность

конденсации водяного пара в рассматриваемой ограждающей конструкции отсутствует.

90

2.3. Микроклимат рабочих и жилых помещений Реализация принципов теплозащиты зданий, рассмотрение которых

проведено в предыдущих разделах, в качестве основной задачи предусматривает достижение параметров тепловой среды в помещениях, формирующих необходимые условия для пребывания людей. Поэтому регулирующую функцию здания можно определить как обеспечение разности между совокупностью требуемых условий внутри помещений, называемых обычно микроклиматом или микроклиматом помещений, и наружными климатическими условиями для заданной местности.

Формирование тепловой среды помещения опирается в общем случае на учет температурно-влажностных характеристик, таких как температура воздуха, влажность, излучение поверхностей, направление и скорость движения воздуха. Они согласуются, в свою очередь, с необходимостью поддержания человеком постоянства температуры своего тела независимо от температуры окружающей среды. При оценке реакции человека на температуру и другие параметры принимаются во внимание связанные с физиологией, сохранением работоспособности и эмоциональным состоянием факторы.

2.3.1. Стандарты параметров микроклимата в помещении Установление регламентов, относящихся к параметрам микроклимата

помещений, опирается на несколько действующих в настоящее время документов типа строительных норм и правил (СниП), санитарных правил и норм (СанПиН), государственных стандартов (ГОСТ):

СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование»; СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату

производственных помещений»; СанПиН 2.1.2.1002-00 «Санитарно-эпидемиологические требования к

жилым зданиям и помещениям»; ГОСТ 30494-96 «Здания жилые и общественные. Параметры

микроклимата в помещениях». Последний документ известен также как межгосударственный стандарт,

принятый постановлением Госстроя России от 6 января 1999 г. №1, ГОСТ 30494-961.

Стандарт устанавливает параметры микроклимата обслуживаемой зоны помещений жилых, общественных, административных и бытовых зданий, общие требования к оптимальным и допустимым показателям микроклимата и методы контроля. Стандарт не распространяется на показатели микроклимата рабочей зоны производственных помещений.

В стандарте используются следующие термины и определения. Микроклимат помещения – состояние внутренней среды помещения,

оказывающее воздействие на человека, характеризуемое показателями температуры воздуха и ограждающих конструкций, влажностью и подвижностью воздуха.

91

Обслуживаемая зона помещения (зона обитания) – пространство в помещении, ограниченное плоскостями, параллельными полу и стенам: на высоте 0.1 и 2.0 м над уровнем пола (но не ближе чем 1 м от потолка при потолочном отоплении), на расстоянии 0.5 м от внутренних поверхностей наружных и внутренних стен, окон и отопительных приборов. Помещение с постоянным пребыванием людей – помещение, в котором люди находятся не менее 2 ч непрерывно или 6 ч суммарно в течение суток.

Оптимальные параметры микроклимата – сочетание значений показателей микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивают нормальное тепловое состояние организма при минимальном напряжении механизмов терморегуляции и ощущение комфорта не менее чем у 80 % людей, находящихся в помещении.

Допустимые параметры микроклимата – сочетания значений показателей микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека могут вызвать общее и локальное ощущение дискомфорта, ухудшение самочувствия и понижение работоспособности при усиленном напряжении механизмов терморегуляции и не вызывают повреждений или ухудшения состояния здоровья.

Холодный период года – период года, характеризующийся среднесуточной температурой наружного воздуха, равной 8 С̊ и ниже.

Теплый период года – период года, характеризующийся среднесуточной температурой наружного воздуха выше 8 С̊.

Радиационная температура помещения – осредненная по площади температура внутренних поверхностей ограждений помещения и отопительных приборов.

Классификация помещений в стандарте следующая: 1 категория – помещения, в которых люди в положении лежа или сидя

находятся в состоянии покоя и отдыха; 2 категория – помещения, в которых люди заняты умственным трудом,

учебой; 3а категория – помещения с массовым пребыванием людей, в которых

люди находятся преимущественно в положении сидя без уличной одежды; 3б категория – помещения с массовым пребыванием людей, в которых

люди находятся преимущественно в положении сидя в уличной одежде; 3в категория – помещения с массовым пребыванием людей, в которых

люди находятся преимущественно в положении стоя без уличной одежды; 4 категория – помещения для занятий подвижными видами спорта; 5 категория – помещения, в которых люди находятся в полураздетом виде

(раздевалки, процедурные кабинеты, кабинеты врачей и т. п.); 6 категория – помещения с временным пребыванием людей (вестибюли,

гардеробные, коридоры, лестницы, санузлы, курительные, кладовые). Параметры микроклимата в помещениях жилых и общественных зданий

следует обеспечивать в пределах оптимальных или допустимых норм в обслуживаемой зоне. Требуемые параметры микроклимата: оптимальные,

92

допустимые или их сочетания устанавливаются в нормативных документах в зависимости от назначения помещения и периода года.

К параметрам, характеризующим микроклимат помещений относятся: температура воздуха intt , скорость движения воздуха intv и относительная

влажность воздуха intϕ . На ощущения находящегося в помещении человека

существенное влияние оказывает радиационная температура Rt , определяемая

усредненной по коэффициенту облученности температурой всех поверхностей, окружающих человека:

∑∑ −⋅−=i1iti1Rt ϕϕ ,

где i1−ϕ – коэффициент облученности, показывающий долю лучистого потока,

излучаемого поверхностью 1 и попадающего на поверхность i , it –

температура поверхности i . Для имеющих прямоугольную форму помещений 1

i1∑ =−ϕ , поэтому ∑ ⋅−= iti1Rt ϕ .

Значение радиационной температуры необходимо учитывать на границе обслуживаемой зоны помещения. Лицо стоящего в холодное время у окна человека может испытывать лучистое охлаждение, а голова человека под панелью потолочного отопления может испытывать лучистый нагрев. Для общей оценки радиационной тепловой обстановки в помещении рассчитывают радиационную температуру Rt , которая находится относительно человека,

стоящего в центре комнаты. При этом ее можно считать равной усредненной по площадям температуре внутренних поверхностей ограждения и отопительных приборов: ∑∑ ⋅= iAitiARt , где iA – площадь обращенной в помещение

поверхности. Стандарт регламентирует учет радиационной тепловой обстановки с

помощью комплексного показателя, называемого результирующей температурой помещения

Пt и определяемого по радиационной температуре

помещения Rt и температуре воздуха intt . Так при скорости движения воздуха

до 0.2 м/с результирующая температура равна средней между температурами воздуха и радиационной: 2Rtintt

Пt )( += , а при скорости движения воздуха в

пределах 0.2-0.6 м/с следует учитывать доминирующее воздействие на человека

конвективной составляющей теплообмена: RtinttП

t 0.40.6 ⋅⋅ += .

2.3.2. Тепловой комфорт в помещении Тепловой комфорт подразумевает согласование физических и

физиологических факторов, которые его формируют – температуру воздуха и окружающих поверхностей, влажность и скорость воздуха и их распределение в пространстве и во времени, а также в организме и одежде.

93

Определения комфортности тепловой обстановки, базирующиеся на анализе деятельности человека и сочетаниях параметров микроклимата помещений, были сделаны В.Н. Богословским в его книге «Строительная теплофизика». Комфортными называются условия в помещении, при которых в пределах обслуживаемой зоны человек не испытывает чувства перегрева или охлаждения. Температурная обстановка в помещении характеризуется двумя условиями комфортности, связанным с температурным комфортом в помещении в целом и с температурным комфортом на границе обслуживаемой зоны в непосредственной близости от нагретых или охлажденных поверхностей.

Первое условие комфортности температурной обстановки определяет такую область сочетаний температуры внутреннего воздуха intt и

радиационной температуры помещения Rt , при которых человек, находясь в

центре рабочей зоны будет отдавать все явное тепло, не испытывает ни перегрева, ни переохлаждения. Второе условие комфортности накладывает ограничения на интенсивность лучистого теплообмена: радиационный баланс на части поверхности тела человека, наименее подверженной воздействию излучения, и на наиболее чувствительной к излучению части. К радиационному перегреву особенно чувствительна голова человека, поэтому радиационные условия в помещении должны быть такими, чтобы любая элементарная площадка на поверхности головы отдавала излучение окружающим поверхностям не менее 11.6 Вт/м2, но не более 35 Вт/м2.

Оптимальные и допустимые нормы микроклимата в обслуживаемой зоне помещений должны соответствовать значениям, согласно таблицам 19 и 20.

При обеспечении показателей микроклимата в различных точках обслуживаемой зоны допускается:

– перепад температуры воздуха не более 2 С̊ для оптимальных показателей и 3 С̊ – для допустимых;

– перепад результирующей температуры помещения по высоте обслуживаемой зоны – не более 2 С̊;

– изменение скорости движения воздуха – не более 0.07 м/с для оптимальных показателей и 0.1 м/с – для допустимых;

– изменение относительной влажности воздуха – не более 7 % для оптимальных показателей и 15 % – для допустимых.

В общественных зданиях в нерабочее время допускается снижать показатели микроклимата при условии обеспечения требуемых параметров к началу рабочего времени.

Следует отметить, что население холодных районов предпочитает зимой более высокую температуру воздуха в помещении в связи с тем, что человек подвергается резкому охлаждению на открытом воздухе и для восстановления нормального функционирования терморегуляторной системы в помещении человеку требуется более высокая температура. Кроме того, это объясняется и радиационным режимом помещений, так как низкая наружная температура,

94

ветер и малая инсоляции зимой обусловливают более низкую, чем в умеренном климате и на юге, температуру ограждений.

Таблица 19

Оптимальные и допустимые нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в обслуживаемой зоне помещений жилых зданий и

общежитий

Период года

Наименование помещения

Температура воздуха, °С

Результирую-щая темпера-

тура, °С

Относительная влажность, %

Скорость движения воздуха, м/с

Опти-мальная

Допу-стимая

Опти-мальная

Допу-стимая

Опти-мальная

Допу-стимая, не более

Опти-мальная, не более

Допу-стимая, не более

Холод-ный

Жилая комната

20-22 18-24 (20-24)

19-20 17-23 (19-23)

45-30 60 0,15 0,2

То же, в районах с

температурой наиболее холодной пятидневки

(обеспеченно-стью 0,92)

минус 31 °С и ниже

21-23 20-24 (22-24)

20-22 19-23 (21-23)

45-30 60 0,15 0,2

Кухня 19-21 18-26 18-20 17-25 НН* НН 0,15 0,2 Туалет 19-21 18-26 18-20 17-25 НН НН 0,15 0,2 Ванная,

совмещенный санузел

24-26 18-26 23-27 17-26 НН НН 0,15 0,2

Помещения для отдыха и

учебных занятий

20-22 18-24 19-21 17-23 45-30 60 0,15 0,2

Межквартир-ный коридор

18-20 16-22 17-19 15-21 45-30 60 0,15 0,2

Вестибюль, лестничная

клетка

16-18 14-20 15-17 13-19 НН НН 0,2 0,3

Кладовые 16-18 12-22 15-17 11-21 НН НН НН НН Теплый Жилая

комната 22-25 20-28 22-24 18-27 60-30 65 0,2 0,3

* НН – не нормируется

95

Таблица 20 Оптимальные и допустимые нормы температуры, относительной влажности и

скорости движения воздуха в обслуживаемой зоне общественных зданий

Период года

Наименование помещения

Температура воздуха, °С

Результирующая температура,

°С

Относительная влажность, %

Скорость движения

воздуха, м/с Опти-

мальная Допу-стимая

Опти-мальная

Допу-стимая

Опти-мальная

Допу-стимая, не более

Опти-мальная, не более

Допу-стимая, не более

Холод-ный

1 категория 20-22 18-24 19-20 17-23 45-30 60 0,2 0,3

2 " 19-21 18-23 18-20 17-22 45-30 60 0,2 0,3 3а " 20-21 19-23 19-20 19-22 45-30 60 0,2 0,3 3б " 14-16 12-17 13-15 13-16 45-30 60 0,2 0,3 3в " 18-20 16-22 17-20 15-21 45-30 60 0,2 0,3 4 " 17-19 15-21 16-18 14-20 45-30 60 0,2 0,3 5 " 20-22 20-24 19-21 19-23 45-30 60 0,15 0,2 6 " 16-18 14-20 15-17 13-19 НН* НН НН НН Ванные,

душевые 24-26 18-28 23-25 17-27 НН НН 0,15 0,2

Детские дошкольные учреждения

Групповая раздевалка, туалет:

для ясельных и младших групп

21-23 20-24 20-22 19-23 45-30 60 0,1 0,15

для средних и дошкольных групп

19-21 18-25 18-20 17-24 45-30 60 0,1 0,15

Спальня: для ясельных

и младших групп

20-22 19-23 19-21 18-22 45-30 60 0,1 0,15

для средних и дошкольных групп

19-21 18-23 18-22 17-22 45-30 60 0,1 0,15

Теплый Помещения с постоянным пребыванием людей

23-25 18-28 22-24 19-27 60-30 65 0,3 0,5

* НН – не нормируется В отапливаемых помещениях оптимальной относительной влажностью

воздуха является интервал 30–45%, при влажности ниже 25% начинают отмечаться явления пересыхания слизистой оболочки дыхательных путей и, кроме того, резко возрастает накопление зарядов статического электричества на

96

поверхностях. Так, при относительной влажности 30% комфортной является эффективная температура 20–29.5 °С, при 50% – 18.9–27.8 °С при 90% – 17.8–24.5 °С. При более высоких значениях температуры окружающей среды рекомендуется ограничение времени пребывания человека в этих условиях.

Согласно СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» параметры микроклимата при отоплении и вентиляции помещений следует принимать по ГОСТ 30494, СанПиН 2.1.2.1002 и СанПиН 2.2.4.548 для обеспечения необходимых условий и поддержания чистоты воздуха в обслуживаемой или рабочей зоне помещений (на постоянных и непостоянных рабочих местах):

а) в холодный период года в обслуживаемой зоне жилых помещений температуру воздуха – минимальную из оптимальных температур; при согласовании с органами Госсанэпиднадзора России и по заданию заказчика допускается принимать температуру воздуха в пределах допустимых норм;

б) в холодный период года в обслуживаемой или рабочей зоне жилых зданий (кроме жилых помещений), общественных, административно-бытовых и производственных помещений температуру воздуха – минимальную из допустимых температур при отсутствии избытков явной теплоты в помещениях; экономически целесообразную температуру воздуха в пределах допустимых норм в помещениях с избытками теплоты. В производственных помещениях площадью более 50 м2 на одного работающего следует обеспечивать расчетную температуру воздуха на постоянных рабочих местах и более низкую (но не ниже 10 С̊) температуру воздуха на непостоянных рабочих местах.

В холодный период года в жилых, общественных, административно-бытовых и производственных помещениях отапливаемых зданий, когда они не используются и в нерабочее время, можно принимать температуру воздуха ниже нормируемой, но не ниже:

15 С̊ – в жилых помещениях; 12 С̊ – в общественных и административно-бытовых помещениях; 5 ˚С – в производственных помещениях. При периодическом снижении температуры воздуха помещений следует

обеспечивать восстановление нормируемой температуры к началу использования помещения или к началу работы;

в) для теплого периода года в помещениях с избытками теплоты – температуру воздуха в пределах допустимых температур, но не более чем на 3 ˚С для общественных и административно-бытовых помещений и не более чем на 4 С̊ для производственных помещений выше расчетной температуры наружного воздуха и не более максимально допустимых температур по таблице 21, а при отсутствии избытков теплоты – температуру воздуха в пределах допустимых температур, равную температуре наружного воздуха, но не менее минимально допустимых температур по таблице 21;

г) скорость движения воздуха – в пределах допустимых норм;

97

д) относительная влажность воздуха при отсутствии специальных требований не нормируется.

В теплый период года метеорологические условия не нормируются в помещениях:

а) жилых зданий; б) общественных, административно-бытовых и производственных в

периоды, когда они не используются и в нерабочее время; в) производственных в периоды, когда они не используются и в нерабочее

время при отсутствии технологических требований к температурному режиму помещений.

Таблица 21 Допустимые нормы температуры, относительной влажности и скорости воздуха в обслуживаемой или рабочей зоне жилых, общественных, административно-

бытовых и производственных помещений в теплый период года

Температура, °С Скорость движения

воздуха, м/с, не более

Относительная влажность

воздуха, %, не более

Назначение помещения

Категория работ в

обслуживаемой или рабочей

зоне

на постоянных рабочих местах

на непосто-янных рабочих местах

на постоянных и непостоянных рабочих

местах 1 2 3 4 5 6 7

Жилое, общественное, администра-

тивно-бытовое

не более чем на 3 °С выше расчетной

температуры наружного воздуха *

0,5 65**

Легкая: Ia 28/31 30/32 0,2 I6 28/31 30/32 0,3

Средней тяжести:

IIа 27/30 29/31 0,4 IIб 27/30 29/31 0,5

Тяжелая:

Производ-ственное

III

на 4 °С выше расчетной

температуры наружного воздуха и не

более указанных в гр.

4 и 5

26/29 28/30 0,6

75

* Но не более 28 °С для общественных и административно-бытовых помещений с постоянным пребыванием людей и не более 33 °С для указанных зданий, расположенных в районах с расчетной температурой наружного воздуха 25 °С и выше. ** Допускается принимать до 75 % в районах с расчетной относительной влажностью воздуха более 75 %.

Примечания 1 Нормы установлены для людей, находящихся в помещении более 2 ч непрерывно. 2 В таблице в графах 4 и 5 допустимые нормы внутреннего воздуха приведены в виде дроби:

в числителе - для районов с расчетной температурой наружного воздуха ниже 25 °С, в знаменателе - 25 °С и выше.

98

2.3.3. Параметры теплового состояния и их оценка С точки зрения теплового состояния человек является гомойотермом, он

должен поддерживать постоянную температуру своего тела независимо от температуры окружающей среды. По известным оценкам, человек около 95% времени проводит в помещении. Если не считать сравнительно небольшой части населения земного шара, которая работает в очень жарких или очень холодных условиях, люди живут и работают в комфортном и не вызывающем тепловых стрессов климате помещения.

При оценке влияния температуры или какого-либо другого параметра окружающей среды на человека используются критерии трех типов, которые касаются физиологии (здоровья), сохранения работоспособности (включая технику безопасности) и эмоциональное состояние (комфорт, удобство, приемлемость). Физиологические критерии, например, температура тела, потеря или прирост веса, а также частота пульса, дыхания и интенсивность потоотделения, довольно полно стандартизованы. В меньшей степени стандартизованы критерии сохранения работоспособности. Они изменяются в зависимости от того, где работает человек: на производстве или в лаборатории, способности решать задачи или производить простые арифметические действия, ловкость пальцев, время реакции, координация движений рук и глаз. Влияние жары и холода на сохранение работоспособности является предметом многочисленных исследований. Однако исследователи сталкиваются с затруднениями при определении мотивации в наблюдениях. В сущности, работоспособность зависит от индивидуального умения и уровня побуждения или мотивации. Следовательно, если при данной температуре наблюдается снижение работоспособности, трудно решить, чем оно обусловлено: температурой или мотивацией или обоими факторами. Это необходимо иметь в виду при анализе результатов всех исследований, касающихся связи температуры и работоспособности.

Еще сложнее измерить настроение или эмоциональное состояние. Обычно применяют определенную шкалу оценки. Современные исследования, в которых используется подобная шкала, направлены на то, чтобы выразить количественно субъективную оценку эмоционального состояния.

Количественное описание характеристик теплового воздействия окружающей человека среды обычно включает несколько общепринятых параметров и приводится с использованием международной терминологии.

Интенсивность метаболического тепловыделения (Metabolic rate). Определяет интенсивность производства энергии телом. Метаболизм выражается в метах: 1 Мет = 58.2 Вт/м2. Это энергия на единицу поверхности тела, производимая спокойно сидящим человеком в единицу времени при средней площади поверхности тела 1.8 Вт/м2.

Кло (Clo value). От английского слова clothes, одежда, числовое выражение теплоизоляционной способности или термического сопротивления одежды. Теплоизоляционную способность, равную 1 Кло, имеет одежда, необходимая для комфорта спокойно сидящего человека при температуре

99

воздуха 21 С̊ при относительной влажности воздуха менее 50 % , скорости воздуха порядка 0.1 м/с и теплопродукции величиной 1 Мет, 1 Кло = 0.155 (м2 ˚С)/Вт.

Оптимальная рабочая температура (Optimum operative temperature). Температура, приемлемая для наибольшего количества людей, одетых заданным образом, при заданной интенсивности физического труда.

Относительная влажность (Relative humidity). Отношение мольной доли водяного пара, содержащегося в воздухе, к мольной доле насыщенного водяного пара в воздухе при той же температуре и атмосферном давлении, оно приблизительно равно отношению парциального давления или плотности водяного пара в воздухе к давлению или плотности насыщения.

Приведенная температура по сухому термометру (Adjusted dry-bubl temperature). Среднеарифметическое значение температуры воздуха и средней температуры излучения среды в данной точке. В случае, если скорость воздуха менее 0.4 м/с и значение температуры излучения менее 50 С̊ приведенная температура по сухому термометру приблизительно равна рабочей температуре.

Приемлемая тепловая среда (Acceptable thermal environment). Среда, которую 80% работающих считают приемлемой с тепловой точки зрения.

Рабочая зона (Occupied zone). Зона в пространстве, обычно занятая людьми. Считается, что она ограничена полом, верхней плоскостью, расположенной на высоте 180 см от пола, и боковыми поверхностями, отстоящими на расстоянии 0.6 м от стен или неподвижных устройств для кондиционирования воздуха.

Рабочая температура (Operative temperature). Равномерная температура черной, в терминах излучения, полости, в которой интенсивность конвективного и лучистого теплообмена человека со средой такая же, как при неравномерной температуре в реальных условиях. Рабочая температура представляет собой среднее значение температуры воздуха и средней температуры излучения среды. При скорости воздуха менее 0.4 м/с и значении температуры излучения менее 50 С̊ рабочая температура приблизительно равна просто среднеарифметическому значению температуры воздуха и средней температуры излучения среды и совпадает с приведенной температурой по сухому термометру.

Смоченность кожи (Skin wettedness). Отношение реальной интенсивности испарения к максимально возможной в рассматриваемой среде. Этот термин неудачен, поскольку не имеет ничего общего со смоченной долей поверхности кожи.

Средняя температура излучения среды (Mean radiant temperature). Равномерная температура стенок черной, в терминах излучения, полости, в которой интенсивность лучистого обмена человека со средой такая же, как при неравномерной температуре в реальных условиях.

100

Точка росы (Dew-point temperatute). Температура, при которой водяной пар, находящийся во влажном воздухе, становится насыщенным, относительная влажность 100%, если его охладить при постоянном давлении.

Реакция человека на тепловое воздействие определяется семью основными параметрами:

1. Температура воздуха или приведенная температура по сухому термометру.

2. Относительная и абсолютная влажность воздуха или давление водяного пара. Для описания содержания влаги в воздухе предпочтительнее вторая характеристика, поскольку она не зависит от температуры воздуха в отличие от относительной влажности. Для описания содержания влаги в воздухе применяется понятие точки росы, температуры, при которой водяной пар становится насыщенным. Простейшим прибором для измерения температуры и относительной влажности является психрометр.

3. Средняя температура излучения среды, определяемая излучением горячих и холодных поверхностей, например, наружных стен, окон, отопительных элементов. Измерения средней температуры излучения обычно проводится с использованием шарового термометра, представляющего собой зачерненную медную сферу диаметром 152 мм, внутри которой находится термопара.

4. Средняя скорость движения воздуха в помещении, не должна превышать 0.15 м/с, такая скорость почти не ощущается и воздух считается спокойным. При большей величине может ощущаться дискомфорт от сквозняка.

5. Рабочая температура, определяемая средневзвешенным значением температуры воздуха и температуры излучения поверхностей с учетом соответствующих коэффициентов теплоотдачи.

6. Физическая активность, выражаемая в Метах, определяемая интенсивностью выделения тепла в процессе метаболизма в зависимости от уровня физических нагрузок и состояния покоя или сна.

7. Время или период сохранения постоянства теплового воздействия, отклонения от которого приводят к выделению интервалов для трех типов неустановившихся условий: ступенчатых, однонаправленных плавных и периодических.

По степени влияния на самочувствие человека и на его работоспособность микроклиматические условия подразделяются на оптимальные, допустимые, вредные и опасные. Показатели теплового состояния человека, соответствующие пределу переносимости внешней термической нагрузки зависят от степени адаптации, скорости охлаждения или перегревания, тепловой устойчивости организма, возраста, пола, состояния здоровья и т.д.

Оптимальные микроклиматические условия характеризуются такими параметрами показателей микроклимата, которые при их совместном воздействии на человека обеспечивают сохранение теплового состояния

101

организма. В этих условиях напряжение терморегуляции минимально, общие и локальные дискомфортные теплоощущения отсутствуют, что является предпосылкой сохранения высокой работоспособности. В оптимальном микроклимате обеспечивается комфортное тепловое состояние организма человека.

Допустимые микроклиматические условия характеризуются такими параметрами показателей микроклимата, которые при их совместном воздействии на человека могут вызывать такое изменение теплового состояния, при котором наблюдается умеренное напряжение механизмов терморегуляции. При этом может возникать незначительный дискомфорт общий и по локальным теплоощущениям. При этом сохраняется относительная термостабильность, может иметь место временное снижение работоспособности, но не нарушается здоровье. Допустимы такие параметры микроклимата, при которых тепловое состояние организма можно признать удовлетворительным.

Вредные микроклиматические условия – параметры микроклимата, которые при их совместном действии на человека вызывают изменения теплового состояния организма выраженные общие и локальные дискомфортные теплоощущения, значительное напряжение механизмов терморегуляции, снижение работоспособности. При этом не гарантируется термостабильность организма человека и сохранение его здоровья. Степень вредности микроклимата определяется как величинами его составляющих, так и продолжительностью их воздействия.

Экстремальные опасные микроклиматические условия – параметры микроклимата, которые при их воздействии на человека даже в течение непродолжительного времени (менее 1 ч) вызывают изменение теплового состояния, характеризующееся чрезмерным напряжением механизмов терморегуляции, что может привести к нарушению состояния здоровья и возникновению риска смерти. Кроме того, к экстремальным показателям можно отнести тепловой удар.

102

Глава 3. Проектирование и технологии тепловой защиты зданий

3.1. Потребление зданиями энергии на отопление По экспертным оценкам общая площадь эксплуатируемых в России

зданий близка к цифре в 5 млрд. м2 , а расход на их отопление составляет около 400 млн тонн условного топлива в год или более трети энергоресурсов страны. Сохраняются проблемы в коммунальном хозяйстве, которое потребляет до 20% электрической и 45% тепловой энергии, производимой в стране. Считается также, что на единицу жилой площади в России расходуется в 2-3 раза больше энергии, чем для тех же климатических условий в промышленно развитых странах Европы. Такое положение определяется продолжением эксплуатации жилых и общественных зданий со времен Советского Союза, которые пока еще существенно превосходят по общей площади те, что были построены за последние два десятилетия. Известно, что в советское время они воздвигались в режиме экономии строительных материалов и уменьшения сроков строительства по принципу компенсации снижения капитальных затрат увеличением эксплуатационных расходов в условиях декларируемой «низкой стоимости топлива» в стране богатой энергетическими ресурсами.

Исходя из физических представлений о тепловой эффективности ограждающих конструкций и зданий (раздел 1.2) становится понятным направление изменения существующей ситуации, связанное с переходом к технологиям, обеспечивающим низкое потребление энергии на отопление. В первую очередь оно касается широкого внедрения средств пассивного регулирования температурно-влажностного режима, в которых теплоизолирующая функция ограждений практически полностью определяется резистивной составляющей и в очень малой степени емкостной. Материалы с низкой теплопроводностью характеризуются резистивной или объемной теплоизоляцией, а с высокой теплопроводностью – емкостной теплоизоляцией.

В упоминаемой в разделе 1.2 книге Табунщикова Ю.А. и Бородач М.М. приводится показательный пример сравнения теплоаккумуляционных показателей материалов ограждений при расчете затрат тепла на нагрев ограждающих конструкций и скорости нагрева. В таблице 22 приведены результаты расчетов для следующих материалов: кирпича, керамзитобетона, дерева и минеральной ваты с одинаковым термическим сопротивлением. В столбце 2 приведены значения термического сопротивления, принятые равными единице, толщина которых дана в столбце 3, теплоаккумуляционные показатели в столбце 4, а необходимое количество теплоты для повышения температуры материала указанной толщины и площади 1 м2 от 0 до 20 С̊ в столбце 5, в столбце 6 итоговая скорость изменения температуры поверхности материала при воздействии источника в 1 КВт на данную поверхность. Видно, что меньший теплоаккумуляционный показатель при равном уровне

103

теплозащиты для материалов с меньшей теплопроводностью и, следовательно, меньшей толщиной, соответствует большей скорости нагрева поверхности и меньшим затратам тепла.

Таблица 22 Оценка теплоаккумуляционных показателей материалов ограждающих

конструкций

Материалы Термическое сопротивление,

(м2·˚С )/Вт

Толщина, м

Аккумуляция тепла,

КДж/(м3·˚С)

Количество тепла, КДж

Скорость нагрева, ˚С/мин

1 2 3 4 5 6 Кирпич 1 0.46 1408 12935 6 Керамзитобетон 1 0.36 1000 7257 10 Дерево 1 0.1 1380 2760 27 Минеральная вата 1 0.07 168 235 30

Приведенный пример наглядно демонстрирует причины перехода к

использованию резистивной теплоизоляции из современных материалов и постоянного увеличения уровня теплозащиты ограждающих конструкций возводимых и реконструируемых зданий. Все существующие технологии повышения тепловой эффективности ограждений опираются на теплоизоляционные материалы, которые в настоящее время составляют важную часть рынка строительных материалов. Актуальным остается проблема, связанная с потреблением энергии жилыми и общественными зданиями.

Обобщение и анализ многочисленных результатов обследования эффективности энергосберегающих конструкций зданий и сооружений, выявление очевидных достоинств и недостатков позволяют определить наиболее приемлемые предложения при возведении новых сооружений с низким потреблением энергетических ресурсов на отопление, а также при необходимости реконструкции старого жилищного фонда с использованием современных теплоизоляционных материалов. В перечне эксплуатационных недостатков жилья чаще всего отмечаются: промерзание стен, конденсат в оконных проемах, грибок, разгерметизация стыков, разрушение и коррозия элементов конструкций. Подобные проблемы во вновь построенных зданиях являются следствием необоснованности принятых проектировщиками решений по тепловой защите качество реализации этих решений строителями и эксплуатирующими организациями.

Требования СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» устанавливают для величин нормативного приведенного сопротивления теплопередаче в Иркутске с учетом значения градусо-суток отопительного периода следующие характеристики: для стен – 3.8 (м2·˚С )/Вт , для покрытий и перекрытий – 5.7 (м2·˚С )/Вт , перекрытий чердачных – 5.1 (м2·˚С )/Вт , окон и балконных дверей – 0.65 (м2·˚С )/Вт . Поэтому достижение таких значений невозможно без применения эффективных теплоизоляционных материалов и конструкций.

104

Наружные стены с преобладающей площадью поверхности над площадью любого другого элемента наружных ограждающих конструкций имеют наибольший потенциал энергосбережения. Даже на построенных в советское время до 1980-х годов зданиях при минимальном повышении энергоэффективности здания за счет утепления стен с 1.0 до 2.0 (м2·˚С )/Вт доля экономии может составить более 70% возможной экономии тепла.

Обычно различают три вида стен при их теплотехническом анализе по числу основных слоев конструкции: однослойные, двухслойные и трехслойные. Однослойные стены наиболее просты не только в исполнении, но и в эксплуатации при обеспечении необходимых теплозащитных параметров. Этот тип конструкции, совмещающий несущие и теплозащитные функции, применяется при проведении модернизации и реконструкции зданий. Исходя из требований к теплозащите наиболее подходят легкие бетоны при плотности не более 500 кг/м3 и расчетном значении коэффициента теплопроводности не более 0.15 Вт/(м2·˚С). Стены из легких бетонов в зависимости от плотности и прочности могут проектироваться самонесущими с обязательной защитой от внешних атмосферных воздействий (облицовка, штукатурный, гидроизолирующий слой и т.п.).

Двухслойные стены разделяют несущие и теплоизоляционные функции по слоям. В настоящее время это наиболее распространенный тип ограждающей конструкции, обеспечивающий высокую энергоэффективность без существенного увеличения толщины наружных стен. В двухслойных стенах теплоизоляционный слой может располагаться либо снаружи, либо изнутри.

Расположение теплоизоляции с внутренней стороны подвергает обращенный наружу несущий слой стены температурным воздействиям. Типичные для холодного периода года промерзания-оттаивания этой части стены ведут к потере прочностных свойств, что сказывается на долговечности здания. При внутреннем способе утепления существует проблема тепловой неоднородности наружной ограждающей конструкции с тепловыми мостами в местах стыков внешней стены с перекрытиями и внутренними стенами. К недостаткам этого способа относится также сокращение внутренней площади помещений.

Основной проблемой утепления с внутренней стороны является необходимость обеспечения надежной защиты теплоизоляционного слоя от увлажнения и накопления влаги в толще утеплителя. Вследствие разницы давлений водяного пара снаружи и внутри здания через ограждающую конструкцию происходит диффузия водяного пара в наружную сторону. Поэтому применение теплоизоляции с внутренней стороны допустимо только при условии надежной пароизоляции со стороны помещения, что на практике не всегда выполнимо.

При расположении теплоизолирующего слоя с наружной стороны почти полностью исключаются перечисленные проблемы, поскольку большая часть стены по толщине имеет положительную температуру. Утепление с наружной стороны является с точки зрения тепловлагообмена оптимальным: не

105

нарушается естественная диффузия водяных паров через стену, не происходит скопление влаги в толще утеплителя. Естественная диффузия водяных паров и положительная температура в большей части стены сохраняют теплозащитные качества ограждения на уровне близком к проектному. Теплоизоляция стен с наружной стороны производится как в процессе строительства новых зданий, так и при реконструкции или ремонте существующих зданий. При расположении материала утеплителя снаружи не возникают дополнительные тепловые мосты в зоне опирания междуэтажных перекрытий на стену или в месте сопряжения внутренних стен с наружными, поскольку стена становится равномерно утепленной без каких-либо разрывов теплоизоляционного слоя.

Рассмотрение вариантов размещения и структуры слоев теплозащиты стеновых ограждений дополняется анализом других ограждений, которые вместе формируют общую энергоэффективность зданий в виде интегральных параметров. Удельный расход энергии на отопление и горячее водоснабжение относится к одному из наиболее важных в российских нормативных документов. Например, удельный расход тепловой энергии на отопление зданий за отопительный период в СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» определяется количеством тепловой энергии за отопительный период, необходимым для компенсации теплопотерь здания с учетом воздухообмена и дополнительных тепловыделений при нормируемых параметрах теплового и воздушного режимов помещений в нем, отнесенным к единице площади квартир или полезной площади помещений здания (или к их отапливаемому объему) и градусо-суткам отопительного периода. В таблицах 8 и 9 приводились значения нормируемых величин удельного расхода тепловой энергии на отопление req

hq жилых домов одноквартирных отдельно стоящих и

блокированных, а также различных типов зданий не только на единицу площади, но и на единицу отапливаемого объема. Видно, что величины нормируемого удельного расхода находятся в пределах от 70 до 140 кДж/(м2·˚С·сут). При расчете здания по показателю удельного расхода тепловой энергии полученное значение сравнивается с нормируемым и делаются соответствующие заключения. Показатель компактности здания, определяемый в СНиП 23-02-2003 как отношение общей площади внутренней поверхности наружных ограждающих конструкций здания к заключенному в них отапливаемому объему, косвенно учитывается в таблице 8, где можно отметить пропорциональность удельного расхода тепла величине показателя компактности. Для малоэтажных зданий с показателем компактности порядка единицы удельный расход наибольший и для многоэтажных с показателем компактности около 0.2 – наименьший.

Сравнение величин удельного расхода тепла с нормативными характеристиками других стран не всегда возможно. Приближенность и малая точность расчета удельного расхода тепла на отопление здания по методике, изложенной в СНиП 23-02-2003 в приложении Г, связанная необходимостью использования значений большого числа коэффициентов, приводит к заметным

106

погрешностям. Во многих странах, в частности, Европейского Союза принято определять и считать значение первичной (на источнике) и конечной удельной потребности в энергии на отопление и горячее водоснабжение в единицах (КВт·ч) на 1 м2 отапливаемой площади в год.

Проводить сравнение этой характеристики с подобными российскими нормативами можно только приближенно, поскольку они не связаны непосредственно с теплопотерями на единицу отапливаемой площади. В нескольких работах Ю.А. Матросова были сделаны попытки сопоставления нормативов Германии и России. По действовавшим в то время немецким нормам EnEv-2000, которые снижали на 30% потребление первичной энергии в зданиях в зависимости от показателя компактности, значение потребности в энергии должно было находиться в пределах от 68 до 142 КВт·ч/(м2·год) для вновь возводимых зданий. Подтверждаться эти величины должны были расчетом при проектировании и данными об израсходованной энергии при эксплуатации по показаниям теплосчетчика. Сопоставление нормативов показало, что в Германии при базовой системе теплоснабжения конечная удельная потребность в тепловой энергии на отопление составляла от 40 до 96 КВт·ч/(м2·год), а для России в пределах от 55 до 105 КВт·ч/(м2·год) или примерно на 15% выше немецких нормативов.

В СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» в таблице 3 дана классификация энергопотребляющих объектов в зависимости от степени отклонения расчетных или измеренных нормализованных значений удельных расходов тепловой энергии на отопление объекта от нормируемого значения. При этом для новых и реконструируемых зданий установлено 3 класса энергоэффективности: дома с очень высокой «А» высокой «В» и нормальной «С» энергоэффективности, а для эксплуатируемых зданий – два класса: дома низкой «D» и очень низкой «Е» энергоэффективности. Энергетическую эффективность жилых и общественных зданий следует устанавливать в соответствии с классификацией по таблице 3. Присвоение классов D, Е на стадии проектирования не допускается. Классы А, В устанавливают для вновь возводимых и реконструируемых зданий на стадии разработки проекта и впоследствии их уточняют по результатам эксплуатации. Для достижения классов А, В администрациям субъектов Российской Федерации рекомендуется применять меры по экономическому стимулированию участников проектирования и строительства. Класс С устанавливают при эксплуатации вновь возведенных и реконструированных зданий согласно разделу 11.

Опыт работы по повышению энергоэффективности зданий накопленный в Европе, регионе с высокой зависимостью от ввозимых энергоносителей, свидетельствует о том, что в Германии и скандинавских странах, особенно Дании и Финляндии, даже в районах устоявшейся застройки энергопотери сводятся к минимуму. Суммарный эффект экономии тепла во вновь возводимых жилых и коммерческих зданиях здесь составляет 50-70%.

Сейчас в Европе принята следующая классификация энергоэффективных зданий: дома низкого энергопотребления, дома ультранизкого

107

энергопотребления и энергопассивные или пассивные дома – не нуждающиеся в отоплении. В таблице 23 приведены теплоэнергетические характеристики малоэтажных зданий различной степени энергоэффективности на примере Германии и России.

Таблица 23

Расход тепловой энергии по типам индивидуального жилого дома в Германии и России

Индивидуальный жилой дом 140 м² общей площади.

Годовой расход тепла, КВт·ч/(м2·год)

Удельный расход тепла,

КДж/(м2·˚С·сут)

Расход жидкого топлива,

литров/год Германия Старое строение 300 136 4200 Типовой дом 70-х гг. 200 91 2800 Типовой дом 80-х гг. 150 68 2100 Дом низкого энергопотребления 90-х гг.

40-79 14-32 420-980

Дом ультранизкого энергопотребления

16-39 7-14 210-420

Пассивный дом менее 15 менее 7 менее 200 Россия Дома старой постройки (до середины 90-х гг.)

600 225 8400

Постройки в соответствии СНиП II-3-79* от 01.01.2000 г.

350 75 4900

Дом низкого энергопотребления

60-150 25-40 840-2100

Дом ультранизкого энергопотребления

25-59 15-24 210-840

Пассивный дом менее 25 менее 15 менее 200 Изменившаяся экономическая ситуация требует новых подходов к

строительству. Все большее число строящихся объектов можно отнести к классу домов с низким энергопотреблением и уже есть примеры строительства условно-пассивного жилья, что должно стать долговременной тенденцией с учетом климатических условий на большей территории России. Поэтому целесообразными являются решения о проектировании и строительстве зданий с низким энергопотреблением с использованием компонентов пассивного дома.

Второй важной тенденцией, определяющей пути повышения энергоэффективности зданий, стало широкое применение в последние два десятилетия вентилируемых фасадных систем, одного из наиболее эффективных современных методов утепления и отделки зданий. В следующих разделах будут детально рассматриваться технологии пассивных домов и вентилируемых фасадов, которые можно считать относительно новыми в строительной индустрии России.

108

3.2. Проектирование пассивного дома 3.2.1. Технология пассивного дома Почти два десятилетия существует термин «пассивный дом» (passive

house), который подразумевает дом с предельно малым энергопотреблением и даже не требующим системы отопления в традиционном понимании. Технология пассивного дома предусматривает эффективную теплоизоляцию не только стен, но и пола, потолка, чердака, подвала, фундамента, а также применения энергоэффективных оконных систем, дверей, контролируемую систему вентиляции. Наружная оболочка дома является замкнутым теплозащитным контуром, исключающим наличие тепловых мостов. Принято считать значение энергопотребления в 15 КВт·ч на 1 м2 отапливаемой площади в год характерным для пассивного дома. Достигаются и меньшие значения, что в несколько десятков раз ниже энергопотребления обычных домов.

Концепция пассивного дома была представлена в 1988 году профессором Бо Адамсоном из университета в г. Лунд, Швеция, и доктором Вольфгангом Файстом, работавшим в то время в Институте жилья и окружающей среды в г. Дармштаде, Германия, а первый дом был построен в 1991 году в г. Дармштадте. Разработкой и реализацией проекта руководил Вольфганг Файст и с октября 1991 г. в нем проживало четыре семьи. Для обеспечения величины удельного расхода тепловой энергии на отопление в 15 КВт·ч/(м2 год), для пассивных домов в климате Средней Европы был установлен ряд обязательных требований:

– сопротивления теплопередаче для наружных стен, кровли и полов первого этажа должны быть oR ≥ 6.7 (м2·°C)/Вт;

– для остекления oR ≥ 1.4 (м2·°C)/Вт;

– для оконного профиля oR ≥ 1.25 (м2·°C)/Вт;

– приведенное сопротивление теплопередаче окна с учетом монтажа в стену oR ≥ 1.2 (м2·°C)/Вт;

– коэффициент полезного действия рекуператора приточно-вытяжной вентиляции должен быть более 75%, чтобы обеспечивался эффективный возврат тепла (рекомендуется более 80%);

– кратность воздухообмена для обеспечения герметичности наружной оболочки здания при разности давлений 50 Па наружного и внутреннего воздуха 50n = 0. 6 ч-1.

Основой составляющей пассивного дома является наружная теплоизоляционная оболочка. Наряду с высокими теплотехническими характеристиками, материал должен без зазоров укладываться вокруг всего здания. На рис. 9 показана схема размещения утеплителя ограждающих конструкций, формирующего теплоизоляционную оболочку, воздухонепроницаемая внутренняя оболочка ограждений и места вероятного появления тепловых мостов. Для исключения или сглаживания влияния

109

тепловых мостов все места сопряжения, стыков и соединений несущих конструкций и внутренних несущих слоев полностью закрыты толстым слоем утеплителя, и находятся они при температурах, близких к температурам воздуха внутри помещения.

Рис. 9. Схема устройства теплоизоляции пассивного дома В зависимости от климатических условий и компактности зданий

сопротивление теплопередаче для наружных стен в пассивных домах в странах Европы находится в пределах от 6.5 до 10 (м2·°C)/Вт. Существенный раздел проектирования пассивных домов связан с проблемами линейных и точечных тепловых мостов. Их присутствие в ряде случаев приводит к значительному снижению характеристик теплоизоляционной оболочки. Существуют технические решения монтажа окон и дверей с применением специальных консолей для максимального включения их в область теплоизоляционной оболочки. В конструктивном плане эффективную теплоизоляцию большой толщины лучше всего сопрягать с деревянным каркасом стен и крыши, что и стало наиболее распространенным в пассивных домах.

110

На рис. 10 даны примеры шести вариантов стеновых ограждений с внедрением каркаса в слои утеплителя с использованием для наружной обшивки каркасных элементов из вертикально располагаемых досок, внутренней обшивки из гипсокартонных или древесно-стружечных плит, устройством вентилируемой воздушной прослойки. В двух случаях с наружной стороны стена выложена из пустотелого кирпича, за которым следует с воздушной прослойкой или без нее система теплоизоляции из одного или двух слоев толщиной не менее 300 мм, которая покрывается сверху мелово-гипсовой штукатуркой.

Рис. 10. Схемы вариантов стеновых ограждений пассивных домов с внедрением каркаса в слои утеплителя

Внутренняя оболочка пассивного дома выполняется

воздухонепроницаемой и по возможности герметично соединяется с окнами, дверями и различными инженерными сетями, проходящими через нее. Вентиляция в пассивном доме исключает значительные теплопотери с применением механической приточно-вытяжной системы и рекуператора. В холодный период года наружный воздух поступает в расположенный под землей воздухопровод, нагревается там за счет земельного тепла в заглубленной части дома, а затем подается в рекуператор или теплообменник. В рекуператоре отработанный теплый внутренний воздух отдает тепло поступающему воздуху и удаляется наружу. В помещения подается свежий воздух, нагретый примерно до 17 °C. В теплый период года наружный воздух

111

поступает в заглубленный воздухопровод и охлаждается там до тех же примерно до 17 °C. Так в пассивном доме постоянно поддерживаются комфортные условия. Оконные профили шире стандартных и имеют теплоизоляционные вкладыши. Остекление в пассивном доме состоит из не менее чем трехкамерных стеклопакетов с заполнением инертным газом и низкоэмиссионным покрытием. Результирующий перепад между температурой на внутренней поверхности стекла и температурой внутреннего воздуха может составлять 2.5 °C при наружной температуре –10 °C и внутренней температуре +20 °C. При такой температуре на внутренней поверхности стекла установка приборов отопления под окнами не требуется.

На рис. 11 приведена общая схема основных составляющих теплового баланса пассивного дома, устройства механической приточно-вытяжной системы вентиляции с системой рекуперации тепла входящего и выходящего воздуха и земельного теплообменника.

Рис. 11. Общая схема основных составляющих теплового баланса пассивного дома и принцип работы системы рекуперации тепла

112

Вслед за удачной реализацией первого пассивного дома Вольфгангом Фальстом был основан Института Пассивного дома (Passive House Institute) в городе Дармштадт (Германия). В институте собирается практически вся информация по разработкам и строительству пассивных домов в Европе и мире, причем значительная ее часть доступна для пользователей на сайте института, имеющего и русскоязычную версию <www.passiv-rus.ru>. Практические результаты создания различных вариантов пассивных домов содержатся на таких сайтах как <www.proklima-hannover.de> и <www.pro-passivhaus.com>. Для расчета пассивных домов институтом был разработан пакет документов по проектированию пассивного дома (PHPP). Последняя версия PHPP-2007 существует на немецком, английском, итальянском и польском языках. В декабре 2009 г. ООО «ИПД» был выпущен перевод программы на русском языке с ее адаптацией для российских специалистов, которая содержится на упомянутом выше сайте. В октябре 2008 г. вышел в свет русский перевод книги Фольфганга Файста «Основные положения по проектированию пассивных домов». Эмблемой института стал знак с немецким его названием и фамилией основателя:

В 2006 г. отмечался 15-летний юбилей со дня начала эксплуатации

первого пассивного дома. По статистике Passivhaus Institut на 2006 г., в Германии было построено (или проведена санация) около 10 тысяч квартир, а в Австрии — около 2.5 тысяч квартир в жилых домах, соответствующих стандарту пассивного дома, построено большое количество детских садиков, школ, вузов, административных зданий и даже несколько производственных зданий и церквей. Развитие стандарта пассивного дома начато и в других странах. Так, уже построены жилые дома в Чехии, Польше, Словакии, Дании, Канаде, США, начато проектирование зданий в России и Украине.

На сегодняшний день в странах построено уже более 10 тысяч сооружений. Одни из наиболее известных примеров – это особняки в городе Ульме, построенные в 2000 г., эксперимент с переоборудованием обыкновенного студенческого общежития в пассивный дом в городе Вуппертале, и первое в мире здание, возведенное в 2001 г., в котором производится больше энергии, чем расходуется – в городе Вайце. Очевидно, что пассивными, а также энергоэффективными могут быть не только жилые дома. В ряде европейских стран, например, Дании, Германии, Финляндии были разработаны специальные целевые государственные программы по приведению всех объектов регулярной застройки к условно-пассивному уровню или к домам ультранизкого потребления – до 30 КВт·ч/(м2 год). Так было построено офисное здание Исследовательского Центра ROCKWOOL в Дании. Проект был удостоен звания «Офис 2000 года», а сооружение было признано одним из самых энергоэффективных в мире.

113

3.2.2. Концептуальные дома с усиленной теплоизоляцией Проектирование малоэтажного жилья в идеологии пассивных домов

достаточно редко сочетает выполнение обязательных требований энергопотребления с архитектурной выразительностью зданий. В тех случаях, когда утилитарные задачи энергоэффективности решаются очень известными архитекторами или архитектурными группами, возникают концептуальные авторские объекты комфортабельного жилища.

Вилла Либескинда. Разработанная Даниэлем Либескиндом серия индивидуальных домов соответствует не только требованиям пассивных домов, но и многим принципам так называемой «зеленой архитектуры». На специально созданном сайте <www.libeskind-villa.com> приведена полная информация о серии домов и даны характеристики и виды уже возведенной виллы.

Архитектура виллы во многом сохраняет приверженность автора стилю деконструкции. Наличие предусмотренных в комфортном индивидуальном жилье всех необходимых функциональных пространств в вилле Либескинда преломляется в единстве формы здания, именуемого автором растущим кристаллом, в достаточной визуальной связи с наружной средой, в высоком уровне естественного освещения, в больших и одновременно не подавляющих внутренних объемах.

Возведенная в Швейцарии вилла стала прототипом серии частных домов, которые компания PROPORTION производит и строит в Германии. Планируется промышленный выпуск конструкций дома для транспортировки и сборки в нужном месте любой страны мира в течение 6-8 месяцев, а также дополнительного устройства гаража и бассейна. Для компании важным условием является тщательное соблюдение закрытых от конкурентов производственных технологий и применение качественных материалов, полностью соответствующих новейшим строительным и энергосберегающим разработкам.

Панели наружных ограждений облицованы цинковыми листами, изготовляемыми по уникальной технологии для устройства фотогальванической системы эпизодического получения электричества. В панелях установлена часть геотермальной системы, которая с помощью теплового насоса осуществляет нагрев воды для отопления или охлаждения. Панели крыши включают систему сбора и хранения воды для дальнейшего использования в туалетах или для целей полива растений.

Панели включают конструктивные элементы из дерева и заполнены материалом в виде особой теплоизоляции из древесного волокна. Общая толщина панелей 430 мм, а утеплитель из древесного волокна 310 мм, что дает значение сопротивления теплопередаче oR = 9 (м2·°C)/Вт. Светопрозрачные

элементы фасада устроены с использование стеклопакетов с тройным остеклением, имеющим значение сопротивления теплопередаче oR = 1.5

(м2·°C)/Вт.

114

Рис. 12. Вилла со стороны основного входа и планы первого, второго и цокольного этажей

115

Установленная в доме многофункциональная система отопления, охлаждения и вентиляции соответствуют самым строгим мировым стандартам энергосбережения. При общей площади 520 м2 величина удельного расхода тепловой энергии на отопление составляет порядка 40 КВт·ч/(м2 год). На рис. 12 дан общий вид виллы со стороны основного входа и приведены планы первого, второго и цокольного этажа. Характерный для Либескинда стиль деконструкции, очень ясно и с «кристальной прозрачностью» выраженный в относительно малом архитектурном объекте с функцией жилья, оказывается вполне приемлемым для формирования представления об индивидуальном доме. Отсутствие привычных оконных проемов, устойчивых вертикальных поверхностей, междуэтажных переходов, чердачного или мансардного объемов закрепляет специфику выбранного пространственного решения дома как временной трансформации внешней среды во внутреннюю без резкого преодоления границы между ними. Деконструктивизм в архитектуре виллы, абсолютно понятный в содержательном наполнении ее формы, логично продолжен в очевидном рационализме и функционализме структуры интерьеров.

Согласуются с общепринятыми представлениями о функциональном зонировании и планировки дома, выполненные полуоткрытыми по горизонтали и по вертикали. Такие планировки формируют единый тепловой объем и являются важной характеристикой энергоэффективности дома. Совмещение приведенных на рис. 12 планов перечисленных помещений допускает их простой перенос в пределы традиционного прямоугольного в плане и разрезе жилого дома с подобным зонированием.

Вилла NM. Разработанный архитекторами Бен Ван Беркелем и

Каролиной Бос из архитектурного бюро «UN Studio» загородный жилой дом стал реальным воплощением их идеи односторонней ленты Мебиуса в архитектуре. Каркасный дом, возведенный в пригороде Нью-Йорка, создает декларированный авторами образ скандинавского жилого дома, единого с окружающей средой и составляющего часть ландшафта, в самой малой степени отличного от окружающего пейзажа. В то же время дом полностью соответствует требованиям низкого энергопотребления и требованиям, предъявляемым к пассивным домам.

На рис. 13 приведена общая пространственная схема дома, где выделяются части поверхности, напоминающие ленту Мебиуса, но в большей степени развитие объема до точки ветвления с последующим раздвоением или бифуркацией в виде лежащего на склоне холма двуглавого дракона. Выведенные в результате цифрового моделирования обтекаемые и перетекающие друг в друга поверхности создают архитектурную форму, допускающую интерпретацию от конструктивизма подобных прямоугольников торцевых глаз-стен, до контраста расчленяемых объемов в стиле деконструкции.

116

Рис. 13. Пространственная схема виллы NM по результатам цифрового моделирования

Наиболее впечатляющий вид на виллу вдоль холма дан рис. 14, там же

приведены характерный разрез и план первого этажа. При общей сравнительно небольшой площади дома в 230 м2, он располагает всем необходимым для комфортного проживания набором помещений. На первом этаже находятся кухня и столовая, которые соединяются с жилой комнатой или гостиной одним из двух характерных плавных туннелеобразных переходов, который повторяет подъем вверх по склону холма. В этом же уровне располагается спальная с видом на вершину холма. Продолжение плавного подъема в противоположном направлении ведет на второй этаж к двум спальным хозяев с распложенной рядом большой ванной комнатой. Со второго этажа открывается панорама с видом на леса и луга дальних от дома холмов. Визуальная связь с наружной средой поддерживается и с помощью светопрозрачных вертикальных участков переходов между основными помещениями дома.

Конструктивное решение дома, как видно на рис. 14, допускает разделение всех составляющих элементов на стандартные модули, включающие металлический каркас и панели стен, перекрытий, переходов. Предусматривается возможность промышленного изготовления основных конструкций с полным соблюдением всех предусмотренных технологий, транспортировки и сборки домов в различных странах с учетом заказанного варианта планировки дома.

117

Рис. 14. Вид на виллу вдоль холма, план первого этажа и разрез

118

3.3. Вентилируемые фасадные системы Вентилируемые фасадные системы, называемые также фасадные системы

с воздушным зазором или навесные вентилируемые фасадные системы стали широко применяться в последние два десятилетия. Защита наружных ограждающих конструкций и утеплителя осуществляется при помощи декоративной плиты-экрана, образующей между стеной воздушную прослойку. Использование вентилируемых фасадных систем считается одним из наиболее эффективных современных методов утепления и отделки зданий. Кроме придания декоративной выразительности облицовке зданий, системами обеспечивается защита стен от атмосферной влаги и осадков в виде дождя и мокрого снега, влаги при оттаивании обледенений внутренней поверхности, конденсата за отопительный период при попадании в воздушную прослойку теплого воздуха из помещений, обеспечивается также снижение уровня внешнего шума.

Принято считать, что появление термина «вентилируемый фасад» было связано с началом формирования в России рынка фасадных систем и появлением на нем германских фирм, пользовавшихся русскоязычной калькой этого термина. Термин «воздушный зазор» часто встречается в специальной литературе, хотя привычнее использовать присутствующий, например, в СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» термин «воздушная прослойка».

Физические принципы работы вентилируемого фасада известны давно, со времени, когда они применялись в виде укрепленных с наружной стороны стен деревянных щитов на небольшом относе для формирования воздушного канала между щитом и стеной. По воздушной прослойке восходящий поток под действием гравитационной (тепловой) и ветровой нагрузки обеспечивал удаление накапливаемой влаги и просушивание стен, способствуя их долговечности. Работоспособность системы воздухообмена в прослойке во многом зависела от технологичности установки щитов и правильности размещения приточных и вытяжных отверстий.

Вентилируемый фасад можно представить как расположенную с внешней стороны несущей стены многослойную систему, состоящую из слоя паропроницаемого утеплителя, несущей конструкции с установленным на ней облицовочным материалом на образующей воздушную прослойку относе. Еще один физический принцип работы такой системы упрощенно сводится к тому, что парциальное давление водяного пара внутри здания обычно больше парциального давления водяного пара снаружи из-за разности температур, поэтому такая система одновременно с утеплением обеспечивает удаление избыточной влаги из несущих стен и утеплителя.

Популярность и распространение современных вентилируемых фасадных систем объясняется их эффективностью в поддержании высоких требований к влажностному режиму самой стены и помещений здания в целом. К этому традиционному качеству добавляется их удачное конструктивное совмещение с новыми и разнообразными по структуре теплоизоляционными материалами,

119

которые существенно увеличивают общую энергоэффективность зданий. Следует отметить, что в описания вентилируемых фасадных систем часто включаются как составляющие единой системы и слои теплоизоляции стены со стороны воздушной прослойки.

Конструкция навесных вентилируемых систем в числе основных элементов предусматривает наличие облицовочных панелей, называемых также декоративными экранами, экранами или панелями экрана, каркаса для крепления панелей с кронштейнами несущими или поддерживающими, воздухозаборные и воздуховыводящие щели. Кроме основных элементов возможны различные дополнительные устройства, позволяющие компенсировать температурное удлинение и укорочение панелей, воспринимать и перераспределять весовые и ветровые нагрузки панелей, сохранят заданную величину воздушного зазора, обходить оконные откосы, сливы, обрамления панелей, углов. Следует отметить также, что слой или слои теплоизоляции не являются обязательным элементом системы в том случае, если, например, теплозащитные свойства наружного ограждения обеспечиваются емкостной теплоизоляцией материала несущей стены.

Важно технологически обеспечить наименьшее число препятствий на пути воздуха для лучшей вентилируемости воздушной прослойки и, следовательно, эффективности удаления влаги из ограждения. С другой стороны, реализация системы с установкой облицовки вплотную к утеплителю без зазора, что на практике нередко встречается, не только не позволяет реализовать физическую модель вентилируемости, но и увеличивает вероятность увлажнения утеплителя. Кроме того, воздушная прослойка в системе должна быть вентилируемой и воздухообмен в ней осуществляться за счет естественной конвекции, что делает технологически обязательным наличие воздухозаборных и воздуховыводящих щелей.

На примере фасадной системы «Полиалпан», почти десять лет применяемой для строительства и реконструкции зданий можно детально рассмотреть устройство перечисленных элементов. Принципиальным отличием от других систем является устройство облицовочной панели, выполненной с теплоизолирующим слоем. Наличие такого слоя обеспечивает в воздушном зазоре температуру на несколько градусов выше, чем наружного воздуха и увеличивает общую теплозащиту стены. Облицовочные панели включают наружный металлический лист толщиной 0.5 мм из алюминиевого сплава, теплоизоляционный слой толщиной 25 и 40 мм из твердого пенополиуретана, прочно скрепленного с наружным и внутренним слоем из легированной алюминиевой фольги толщиной 0.05 мм. Панели «Полиалпан» имеют длину до 12 м, ширину 50 см при толщине 25 мм и ширину 44 см при толщине 40 мм, ширина воздухозаборной и воздуховыводящей щели составляет минимум 25 мм, общая толщина воздушной прослойки составляет 50-100 мм.

Проектирование фасадной системы осуществляется с учетом условий района строительства и допускает различие в конструктивных параметрах элементов системы. Именно для внедрения вентилируемой фасадной системы

120

«Полиалпан» была специально разработана методика расчета температурно-влажностных характеристик.

3.3.1. Методика расчета температурно-влажностных характеристик Расчет наружных стен с фасадными системами и вентилируемой

воздушной прослойкой основан на расчете теплотехнических характеристик стен и расчете влажностного режима, которые были изложены в разделах 1.1.1 и 1.1.2. Наличие воздушной прослойки требует дополнительного рассмотрения процессов воздухообмена и определения параметров движения воздуха.

Методика расчета температурно-влажностных характеристик и оценки параметров воздухообмена приводится в пособии «Фасадная система ПОЛИАЛПАН. Рекомендации по проектированию и применению для строительства и реконструкции зданий». ОАО ЦНИИЭП ЖИЛИЩА, Москва, 2003 г.

Известно, что движение воздуха в воздушной прослойке осуществляется вследствие гравитационного и ветрового воздействия. В случае расположения приточных и вытяжных отверстий на разных стенах скорость движения воздуха в прослойке

прV может определяться по формуле: (СНиП 2.01.07-85)

∑

−⋅⋅+⋅−⋅=

ξ

)()( exttср

tH0.082н

Vз

kн

kk

прV ,

где

нk ,

зk – аэродинамические коэффициенты на разных стенах,

нV –

скорость движения наружного воздуха, k – коэффициент учета изменения скорости потока по высоте, H – разности высот от входа воздуха в прослойку до выхода из нее,

срt , extt – средняя температура воздуха в прослойке и

температура наружного воздуха, ∑ξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Если использовать величины плотности воздуха, то можно формулу для скорости представить в следующем виде:

∑⋅

−⋅⋅⋅+−⋅⋅=

ξγ

γγγ

пр

прextHg2з

kн

k2н

Vextпр

V)()(

,

где extγ ,

прγ – плотность наружного воздуха и в прослойке, g –

гравитационная постоянная. Исходя из определения разности давления воздуха на входе и выходе из

прослойки, равной вых

Pвх

PP ∆−∆=∆∆ , можно ее представить в виде:

121

)()(з

kн

k2н

Vext0.5прextgH

выхP

вхPP −⋅⋅⋅+−⋅⋅=∆−∆=∆∆ γγγ

и тогда

прV примет вид:

∑⋅

⋅⋅∆∆=

ξγпр

g2Pпр

V

При расположении воздушной прослойки с одной стороны здания можно

принять з

kн

k = . В этом случае, если пренебречь изменением скорости ветра по

высоте, обе формулы для скорости пр

V примут вид:

∑

−⋅⋅=

ξ

)( exttср

tH0.08

прV ,

∑⋅

−⋅⋅⋅=

ξγ

γγ

пр

прextHg2

прV

)(.

Полученные по формулам значения скоростей могут корректироваться с

учетом потерь из-за трения. Расход воздуха в прослойке определяется по формуле:

прпр3600

прVW γδ ⋅⋅⋅= ,

где пр

δ – толщина воздушной прослойки шириной 1 м.

Определение параметров тепловлажностного режима прослойки включает поиск температуры входящего в прослойку воздуха

оτ по следующей

формуле:

)(оБ23wБm

exttinttintto ⋅+⋅

−−=τ ,

где m – коэффициент, равный 0.26, wБ – безразмерный критерий,

характеризующий изменение теплозащитных качеств стыка при фильтрации

воздуха и равный nlroyRywБ )( ⋅= λ , где nl – расстояние от входа в

122

воздухозаборную щель до заданной точки, royR – приведенное сопротивление

теплопередаче в конструкции в сечении по воздухозаборной щели, yλ –

условная теплопроводность, оБ – критерий, характеризующий теплозащитные

качества части стыка от внутренней термической границы конструкции до

заданной точки и равный nlroвRh

оБ )( ⋅= , где h – высота воздухозаборной

щели, roвR – приведенное сопротивление теплопередаче конструкции в сечении

по воздухозаборной щели от заданной точки до внутренней термической границы конструкции.

Допускается определять температуру воздуха, входящего в прослойку, по формуле: inttno ⋅=τ , где n – 0.95.

Температура воздуха по длине прослойки определяется по формуле:

extKintK

CWyhextKintKeexttextKinttintKextKintKoexttextKinttintK

пр +

⋅⋅+−⋅⋅+⋅−++⋅+⋅

=

])([)]()([)( τ

τ

где intK и extK – коэффициенты теплопередачи внутренней и наружной

частей стены до середины прослойки, yh – расстояние между щелями,

служащими для поступления и вытяжки воздуха, W – расход воздуха в прослойке, C – удельная теплоемкость воздуха.

Определение термического сопротивления прослойки пр

R определяется

соотношением:

пр1

прR α= ,

лпрV5.75.5

прαα +⋅+= .

Действительная упругость водяного пара на выходе из прослойки

определяется по формуле:

extMintM

BWyhextMintMneexteextMinteintMextMintMoeexteextMinteintM

ye+

⋅⋅+−⋅⋅+⋅−++⋅+⋅

=

])([)]()([)(

где intM и extM – коэффициенты массопередачи, определяемые

соответственно соотношениями ∑=вп

R1intM и ∑=нп

R1extM где ∑вп

R и

∑нп

R – суммы сопротивлений паропроницанию от внутренней поверхности до

воздушной прослойки и от воздушной прослойки до наружной поверхности,

123

oe – упругость водяного пара входящего в прослойку воздуха,

273пр

11.058B /τ+= .

Полученная по формуле величина упругости водяного пара на выходе из воздушной прослойки

уe должна быть меньше максимальной упругости

уЕ

водяного пара. Определение условного приведенного сопротивления паропроницанию с

учетом вертикальных щелей между облицовочными панелями включает нахождение условного сопротивления паропроницанию в стыковых щелях как

∑=

щ

щэvpуR ξ

ηδ , где 6.5

щη = , ∑

щξ – местные сопротивления потоку

воздуха, э

δ – толщина экрана. Затем находится сопротивление

паропроницанию панели по глади как ээглvpR µδ= , где

эµ – коэффициент

паропроницаемости панели. Тогда приведенное условное сопротивление

паропроницанию панелей с учетом щелей прvpR определяется по формуле:

глvpRщ

F

vpRгл

FFпр

vpR

+= ∑ ,

где ∑F – суммарная расчетная площадь панели, принимается на 1 м2,

глF – площадь панели без щелей,

щF – площадь щелей, через которые

поступает воздух. 3.3.2. Восстановление стеновых панелей с использованием

вентилируемой фасадной системы Вентилируемые фасадные системы находят применение в городе

Иркутске в процессе реализации проектов восстановления поврежденных участков крупнопанельных зданий первой массовой застройки 1960-х годов. Только в Иркутске продолжается эксплуатация около 500 домов серий 1-335С и 1-335-АС, а в городах Шелехове, Ангарске, Усолье-Сибирском они также составляют значительную часть жилого фонда. До настоящего времени практика производства ремонтно-восстановительных работ на имеющих дефекты стеновых панелях из газозолобетона является одной из наиболее приемлемых и технологичных в условиях низкой эффективности и слабого, в сравнении с экономически развитыми странами, потенциала и возможностей строительной индустрии в регионе и стране в целом, не способной в ближайшей перспективе достичь необходимого уровня обеспеченности жильем

124

городского населения и приступить к полной ликвидации крупнопанельных жилых домов, исчерпавшие свой паспортный срок эксплуатации.

Работы по усилению и устранению дефектов наружных стеновых панелей из газозолобетона могут приводить к изменению, чаще к ухудшению, теплозащитных качеств даже в сравнении с исходными, принятыми при строительстве жилых домов. Предприятие «Иркут-Инвест», которое почти десять лет занимается разработкой и внедрением технологий восстановления, вместо обычной практики демонтажа вышедших из строя наружных стеновых панелей с заменой их новыми изделиями применяет технологию восстановления несущей способности наружных стеновых панелей методом торкретирования с последующей установкой вентилируемой фасадной системы «Полиалпан» с облицовочными панелями с теплоизоляционным слоем толщиной 25 мм из твердого пенополиуретана.

Используемые технологии обосновываются необходимыми расчетами, подтверждающими правомерность их применения при соблюдении условий сохранения и улучшения теплотехнических характеристик наружных стеновых панелей.

Исходные теплозащитные характеристики наружных стеновых панелей из газозолобетона определяются с учетом его нормативной плотности 1000кг/м3 (результаты исследований панелей по фасадной и внутренней поверхности в зависимости от влажности материала показывают изменения плотности в пределах от 1083 до 880 кг/м3) и теплопроводности в сухом состоянии 0.23 Вт/(м ˚С) при массовом отношении влаги в материале 22% (по результатам исследований панелей с фасадной и внутренней поверхности влажность изменяется в пределах от 32 до 6 %), но в условиях эксплуатации для сухой зоны влажности и нормального влажностного режима помещений значение теплопроводности принимается равным 0.44 Вт/(м ˚С).

Величина сопротивления теплопередаче ограждения оR исходных

стеновых панелей из газозолобетона при толщинах соответственно 350 мм и 400 мм будет равна:

;Вт

С 2м0.950.0430.7950.115

23

1

0.44

0.35

8.7

1350о

Ro

=++=++= Вт

С 2

м1.07400

оRo

=

Теплозащитные характеристики стеновых панелей после их усиления

торкрет-бетоном обычно изменяются в сторону снижения. Применяемая технология восстановления имеющих дефекты газозолобетонных наружных стеновых панелей заключается в удалении поврежденного и разрушенного материала панели с наружной стороны и нанесения армированного торкрет-бетона с наружной, а при необходимости и с внутренней стороны. С учетом того, что толщина удаленного слоя может составлять до 150 мм и, соответственно, наносимого торкрет бетона до 150 мм с теплопроводностью

125

порядка 1.5 Вт/(м ˚С), происходит снижение теплозащитных характеристик от исходных до следующих значений:

;Вт

С 2м 0.710.0430.10.450.115

23

1

1.5

0.15

0.44

0.2

8.7

1350о

Ro

=+++=+++=

Вт

С 2

м 0.83400

оRo

= .

Снижение теплозащитных свойств наружных панелей после их усиления

должно быть обеспечено мероприятиями по восстановлению и даже улучшению этих характеристик. Оценки требуемых значений теплозащиты в самом простом варианте должны достигать по меньшей мере уровня исходных, предусмотренных паспортными характеристиками панелей. Вариант улучшения теплозащитных свойств предусматривает использование технологий, существенно изменяющих конструкции панелей.

Приведенные значения сопротивления теплопередачи наружных стеновых панелей из газозолобетона для условий эксплуатации относятся к устаревшим нормативам. Существующие в настоящее время требования к уровню теплозащиты жилых зданий в соответствии нормативными показателями СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» и данными СНиП 23-01-99 «Строительная климатология» позволяют определить величину нормируемых сопротивлений теплопередаче, например, для наружных стеновых ограждений следующим образом.

Значение градусо-суток отопительного периода для внутренней температуры помещений 20 ˚С, температуры наиболее холодной пятидневки для Иркутска – 38 ˚С, продолжительности и средней температуры периода со средней суточной температурой воздуха ≤ 8 ˚С равных 240 суток и – 8.5 ˚С, составляет 6840 ˚С сут.

Для такой величины нормируемое значение сопротивления

теплопередаче будет равно Вт

С 2м3.8reqR

o

= , а приведенное сопротивление

теплопередаче для стенового ограждения должно быть не менее этого значения. При этом величина приведенного сопротивления теплопередаче должна рассчитываться с учетом значения коэффициента теплотехнической однородности ограждающей конструкции r , минимальные значения которого для конструкций индустриального изготовления даны в таблице 16.

Для восстановленных панелей следует использовать приведенную в методике скорректированную таблицу 24, со значениями коэффициентов теплотехнической однородности r утепленных снаружи бетонных стен.

126

Таблица 24 Значения коэффициентов теплотехнической однородности утепленных

снаружи бетонных стен

Толщина, м Коэффициент r при λ , Вт/(м ˚С) панели

(без дополнительного утепления) утеплителя 0.04 0.05 0.08

0.3 0.05 0.1 0.15

0.9 0.84 0.81

0.92 0.87 0.84

0.95 0.88 0.85

0.35 0.05 0.1 0.15

0.87 0.8 0.78

0.9 0.83 0.81

0.93 0.86 0.83

0.4

0.05 0.1 0.15 0.2

0.82 0.77 0.75 0.74

0.87 0.8 0.78 0.765

0.9 0.83 0.8

0.785 Восстановление теплозащитных свойств отремонтированных панелей с

применением фасадной системы «Полиалпан» связано с тем, что она зарекомендовала себя не только в новом строительстве, но также при капитальном ремонте и реконструкции существующих зданий в целях придания зданию современного архитектурного облика и радикального повышения уровня теплозащиты наружных стен. Применение фасадной системы «Полиалпан» в условиях Иркутска требует обоснования ее работоспособности в соответствии с методикой расчета наружных стен с фасадными системами и вентилируемой воздушной прослойкой, изложенной в предыдущем разделе.

На первом этапе следует рассмотреть конструктивное решение стены в результате проведения капитального ремонте. На рис. 15 показана схема наружной стены с устройством вентилируемой фасадной системы, где слой утеплителя допускает различные варианты использования от удовлетворяющего современным требованиям уровня теплозащиты до его отсутствия в случае простой компенсации снижение теплозащитных характеристик стены после устранения дефектов путем нанесения торкрет бетона.

Теплотехнический расчет наружной стены в соответствии с показанной на рис. 15 схемой выполняется для трех вариантов устройства утепления с использованием плит из базальтовой минеральной ваты толщиной: а) 0 мм, б) 50 мм и в) 100 мм с величиной теплопроводности 0.045 Вт/(м ˚С). К наружной стеновой панели из газозолобетона, усиленного торкрет-бетоном, кроме слоя утеплителя добавляется система «Полиалпан» с воздушной прослойкой 50 мм и панелью экрана толщиной 25 мм из пенополиуретана с величиной теплопроводности 0.033 Вт/(м ˚С).

127

Термическое сопротивление наружной стеновой панели по слоям газозолобетона и торкрет-бетона для всех трех рассматриваемых вариантов составляет:

Вт

С 2м 0.670.10.57

1.5

0.15

0.44

0.25R

o

=+=+= .

Термическое сопротивление утеплителя составляет а) 0, б) 1.1, в) 2.2 м2 ˚С/Вт .

Термическое сопротивление воздушной прослойки принимается в соответствии с данными расчетов, приведенных в «Рекомендациях по проектированию …» системы «Полиалпан». При этом рекомендуемая величина термического сопротивления вентилируемой воздушной прослойки берется по наименьшему значению 0.1 м2 ˚С/Вт, что в два раза меньше в сравнении со значениями для замкнутых воздушных прослоек a.lR аналогичной толщины,

таблица 17. Термическое сопротивление панели экрана будет равно 0.76 м2 ˚С/Вт.

Рис. 15. Схема наружной стены после ремонта по технологии торкретирования с устройством вентилируемой фасадной системы типа «Полиалпан»: 1 – армированный торкрет-бетон, 2 – газозолобетон, 3 – утеплитель,

минеральная вата, 4 – панель экрана, 5 – воздушная прослойка, 6 – зона возможной конденсации

128

Таким образом, итоговое сопротивление теплопередаче для рассматриваемых вариантов будет следующим:

а) при толщине утеплителя 0 мм

Вт

Со2

м1.850.0430.760.10.8280.1150

оR =++++=

б) при толщине утеплителя 50 мм

Вт

Со2

м2.950.0430.760.11.10.8280.11550

оR =+++++=

в) при толщине утеплителя 100 мм

Вт

Со2

м4.050.0430.760.12.20.8280.115100

оR =+++++= .

Полученные значения сопротивления теплопередаче преобразуются в значения приведенного сопротивления теплопередаче roRr

оR ⋅= с учетом

коэффициентов теплотехнической однородности r по таблице 24:

Вт

Со2

м 1.670.91.850 r

оR =⋅= ,

Вт

Со2

м 2.420.822.9550 r

оR =⋅= ,

Вт

Со2

м 3.10.774.05100 r

оR =⋅= .

Таким образом, применение технологии торкретирования для

восстановления наружных стеновых панелей из газобетона с использованием системы «Полиалпан», как видно из оценок теплотехнических характеристик, позволяет существенно улучшить теплозащиту. При нулевой толщине утеплителя более чем в полтора раза увеличиваются значения приведенного сопротивления теплопередаче стеновых панелей в сравнении с исходными на начальном периоде их эксплуатации. При толщине утеплителя 100 мм уровень теплозащиты панелей приближается к современным значениям, которые предусматриваются последними нормативными требованиями. Важно отметить, что включение утеплителя в процесс ремонтно-восстановительных работ дефектных наружных стеновых панелей должно сопровождаться подобным утеплением всех стеновых поверхностей здания, поскольку пока

129

установка вентилируемых фасадных систем касается преимущественно торцевых участков зданий, а реже фасадов и торцов.

Расчет влажностного режима восстанавливаемых наружных стеновых

панелей из газозолобетона с использованием вентилируемой фасадной системы «Полиалпан» позволяет определить влияние процессов влагонакопления, зависящих от внешних факторов и физических характеристик, от сопротивления паропроницанию слоев стеновой конструкции. Расчетное сопротивление паропроницанию vpR до плоскости возможной конденсации

должно быть не менее большего из требуемых сопротивлений паропроницанию req

1vpR из условия недопустимости накопления влаги за год эксплуатации и req2vpR

из условия ограничения накопления влаги в конструкции за период с отрицательными среднемесячными температурами. В расчете предполагается, что плоскость возможной располагается на внешней границе утеплителя. В период эксплуатации в холодный период температура внутреннего воздуха принимается равной intt = 20 С̊, а относительная влажность intϕ = 55%.

Сопротивление паропроницанию наружной стены до плоскости возможной конденсации vpR для трех вариантов устройства утепления с

использованием плит из базальтовой минеральной ваты и коэффициентов паропроницаемости материалов стены: торкрет-бетон – 0.03 мг/(м⋅ч⋅Па), газозолобетон – 0.12 мг/(м⋅ч⋅Па), минераловатная плита – 0.4 мг/(м⋅ч⋅Па), панель «Полиалпан» по глади – 0.008 мг/(м⋅ч⋅Па), будет равно:

мгПач2м 5.080.03

0.15

0.12

0.250vpR ⋅⋅=+= ,

мгПач2м 5.210.4

0.05

0.03

0.15

0.12

0.2550vpR ⋅⋅=++= ,

мгПач2м 5.330.4

0.1

0.03

0.15

0.12

0.25100vpR ⋅⋅=++= .

Расчетное сопротивление паропроницанию части ограждающей

конструкции, расположенной между наружной поверхностью и плоскостью возможной конденсации является очень большой величиной, поскольку панели экрана с наружной и внутренней стороны покрыты алюминиевой фольгой с очень малым коэффициентом паропроницаемости. Поэтому с внутренней стороны конструкции стены по глухой части панели будет образовываться конденсат.

130

Условное сопротивление паропроницанию щелей шириной 25 мм в

соединении панелей равно мгПач2м 0.000141 )(5.33/0.030.025щvpR /⋅⋅== .

Приведенное условное сопротивление паропроницанию панели при площади щели на 1 м2 панели 0.0027

щF = будет равно:

мгПач2м 0.0522 000141)(0.0027/0.1еvpR /⋅⋅== , что является величиной

сопротивления паропроницанию части ограждающей конструкции, расположенной между наружной поверхностью и плоскостью возможной конденсации.

Нормируемое сопротивление паропроницанию req1vpR из условия

недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период эксплуатации при значениях: Па 1286inte = ,

Па 1015123z3Е2z2Е1z1ЕE =⋅+⋅+⋅= )( , среднем парциальном давлении

водяного пара наружного воздуха за годовой период Па 723exte = будет равно:

мгПач2м 0.048exteEevpREintereq

1vpR /)()( ⋅⋅=−−= .

Для расчета нормируемого сопротивления паропроницанию req2vpR из

условия ограничения влаги за период с отрицательными средними месячными температурами наружного воздуха берется продолжительность этого периода и среднюю температуру этого периода

оz = 177 сут,

оt = –13 С̊,

оτ = –6.6 С̊ и

соответствующей максимальной упругости о

E = 389 Па, extо

e = 199 Па, откуда:

903evpR

оzext

оe

оЕ0.0024 =⋅−⋅= )(η ,

мгПач2м 0.086av

оEinte

оz0.0024req

2vpR /)(

⋅⋅=+∆⋅⋅

−⋅=

ηωωδωρ.

Сравнение значений vpR для всех трех вариантов с найденными

нормируемыми видно что они соотносятся как:

vpR > req2vpR > req

1vpR или 5.33 (5.08, 5.21) > 0.086 > 0.048.

131

Следовательно, ограждающая конструкция удовлетворяет установленным требованиям СНиП 23-02-2003 в отношении сопротивления паропроницанию.

В соответствии с методикой определяется скорость движения воздуха и упругость водяного пара на выходе из прослойки при расстоянии между воздухозаборной и воздуховыводящей щелями 12 м. Температура входящего в

прослойку воздуха будет равна С36.1 0.9538о

o−=⋅−=τ . Скорость движения

воздуха в прослойке с учетом сопротивления прохождению воздуха 0.62=ξ (суммарное сопротивление через входную и выходную горизонтальные щели)

м/c 0.7870.6236.5)36.1(120.08пр

V =+−⋅⋅= , а с учетом коэффициента трения

0.07, м/c 0.7320.070.7870.787пр

V =⋅= − .

Расход воздуха в прослойке при толщине 0.05 м равен чкг/м 184.91.4030.0536000.732W ⋅=⋅⋅⋅= .

Упругость водяного пара на выходе из прослойки у

e определяется при

следующих условиях: С20 intt o= , 55%int =ϕ , при которых аП 2338intE = и

Па 1286inte = , при начальной упругости, соответствующей температуре

наиболее холодной пятидневки C38 extt o−= и равной Па 16Е = , а также

упругости входящего в прослойку водяного пара, определяемой его

температурой С36.1 о

o−=τ и соответствующей максимальной упругости

аП 20о

E = как Па 190.95200.95Еoe =⋅=⋅= и входящими в виде следующих

соотношений в общее выражение Пач2мг/м 0.1885.331intM ⋅⋅== ,

Пач2мг/м 19.160.05221extM ⋅⋅== , Пач2мг/м 19.35extMintM ⋅⋅=+ ,

Пач2мг/м 548.41619.1612860.188exteextMinteintM ⋅⋅=⋅+⋅=⋅+⋅ и равно:

Па 15.919.35

184.9

1219.350.95

e548.4)19.35(19548.4у

e =

⋅⋅−⋅−⋅+= .

Видно, что упругость водяного пара на выходе из прослойки

уe меньше

максимальной упругости водяного пара аП 20о

E = , следовательно, принятые

параметры конструкции восстанавливаемых наружных стеновых панелей из газозолобетона с использованием вентилируемой фасадной системы «Полиалпан» являются удовлетворительными по условиям удаления конденсируемой влаги из зоны возможной конденсации.

132

3.3.3. Использование вентилируемых фасадных систем в условиях низких температур наружного воздуха

Обеспечение надежности и долговечности вентилируемых фасадов в условиях использования при низких и особо низких температурах является серьезной проблемой на пути их широкого внедрения в Восточной Сибири. Представляют большой интерес результаты более чем десятилетней эксплуатации вентилируемых фасадных систем в городе Якутске с температурой наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0.92 составляющей –54 С̊, продолжительностью отопительного периода 256 суток при среднесуточной температуре воздуха ≤ 8 С̊. Проведенные сотрудниками кафедры строительных конструкций Якутского государственного университета под руководством Т.А. Корнилова натурные эксперименты и мониторинг фасадных систем ряда объектов, сданных в эксплуатацию после 1997 года позволили выявить сильные и слабые стороны применения систем.

Обследовались объекты из монолитного железобетонного каркаса с заполнением наружных стеновых проемов бетонными блоками толщиной 200 мм и утепленных снаружи полужесткими минераловатными плитами различной толщины в зависимости от года постройки. При строительстве зданий применялись фасадные системы «Краспан», «Волна» и системы импортного производства.

Наиболее распространенным оказалось нарушение минимального размера воздушной прослойки между утеплителем и облицовочными плитами из-за значительных отклонений колонн от вертикали при возведении монолитного железобетонного каркаса, отсутствие теплоизоляционного слоя, перекрывающего место стыка оконных конструкций и балконных дверей с бетонными блоками заполнения стен. Негативным оказалось использование в качестве ветрозащиты полиэтиленовой пленки, приводившей к увлажнению теплоизоляционного материала. На некоторых участках фасадов увлажнение привело к увеличению в объеме минераловатных плит и последующему отрыву облицовочных плит. Применение полиэтиленовой пленки стало также причиной преждевременного старения утеплителя с разрыхлением наружного слоя минераловатных плит на глубину 10-30 мм, местами до 60 мм.

На всех обследованных объектах тепловизионная съемка показала относительно равномерное распределение температуры на поверхности фасадной облицовки, что свидетельствует об отсутствии местных утечек тепла через ограждающие конструкции. Утечка тепла наблюдается вокруг оконных проемов и относительно высокая температура вдоль парапетов и в нижних внутренних угловых зонах фасадов также свидетельствует о незначительной утечке тепла через эти зоны. Сравнительно короткий период эксплуатации обследованных объектов не позволяет сделать вывод в целом о периоде сохранности качеств теплоизоляционных систем в реальных условиях. Поэтому для оценки долговечности минераловатного теплоизоляционного материала предлагается рассматривать коэффициент содержания связующих веществ. Такое предложение подкрепляется результатами испытания образцов, изъятых

133

из внутреннего и наружного слоев утеплителя с явными признаками расслоения.

Натурный эксперимент проводился на наружных ограждениях с оконным проемом в эксплуатируемом здании, выполненных в четырех вариантах. В первом варианте стеновое ограждение включало штукатурный слой 10 мм, кладку из щелевых бетонных блоков толщиной 190 мм с коэффициентом теплопроводности 0.49 Вт/м·˚С, однородного теплоизоляционного слоя 200 мм (минераловатная плита «Базалит-Венти», коэффициент теплопроводности 0.037 Вт/м·˚С), воздушный зазор 40 мм, цементно-волокнистую плиту «Краспан-Колор». А во втором варианте отличался неоднородный теплоизоляционный слой общей толщиной 180 мм (80 мм минераловатная плита «Техно-Лайт» с коэффициентом теплопроводности 0.032 Вт/м·˚С и 100 мм минераловатная плита «Базалит-Венти» с коэффициентом теплопроводности 0.037 Вт/м·˚С). Температура за период экспериментов с 29.12.2006 по 4.05.2007 года изменялась в интервале от –42.7 до +20 С̊. Результаты измерений представлялись в виде графиков распределения температуры по толщине стенового ограждения.

На рис. 16 представлены характерные графики распределения температуры по толщине для трех последовательных значений температуры воздуха для двух вариантов стенового ограждения. Видно, что температура в толще кладки из бетонных блоков распределяется равномернее, чем в слое теплоизоляции из полужестких минераловатных плит, причем кривая имеет характерный провал в средних слоях, рис. 16 а. Подобное поведения кривой наблюдалось во всем диапазоне значений температуры наружного воздуха в период эксперимента.

Эффективность теплоизоляции возрастает, как видно из рисунка по эффекту более крутого падения кривых в случае применения материала с меньшей теплопроводностью. Кроме того, температура на внутренней стороне кладки повышается и, например, при температуре наружного воздуха –40 С̊ составляет для двух вариантов 16.2 С̊ и 17.3 С̊ соответственно, а на границе кладки и утеплителя 3.4 С̊ и 7.8 С̊ соответственно. Хотя очень мало отличаются температуры на наружной поверхности утеплителя.

Определялись расстояния от внутренней поверхности стенового ограждения до точки с нулевой температурой и построены их распределения в зависимости от температуры наружного воздуха. Во всех случаях в обоих вариантах отмечался подобный характер изменений. В первом варианте при температурах воздуха выше –40 С̊ зона отрицательных температур находится внутри теплоизоляционного слоя. При понижении температуры положение точки с нулевой температурой смещалось внутрь кладки из бетонных блоков. Для второго варианта даже при устойчивой температуре наружного воздуха – 40 С̊ и ниже в течение нескольких суток зона отрицательных температур находилась в зоне теплоизоляции.

Общий вывод, сделанный по результатам натурного эксперимента и мониторингу состояния вентилируемых фасадных систем в условиях

134

использования при низких и особо низких температурах в Якутске, свидетельствует о достаточной эффективности систем, их надежности на периоде их более чем десятилетней эксплуатации.

а) б)

Рис. 16. Распределение температуры по толще стенового ограждения с однородным теплоизоляционным слоем (а) и неоднородным (из двух слоев)

теплоизоляционным слоем (б) для трех последовательных значений температуры воздуха

135

3.4. Теплоизоляция ограждающих конструкций 3.4.1. Современные теплоизоляционные материалы Требования к повышению тепловой защиты зданий и сооружений,

основных потребителей тепловой энергии, являются объектом государственного регулирования как у нас в стране, так и в большинстве стран мира. В принятом в конце 2009 года федеральном законе «Об энергосбережении …» в статье 11 сказано: «Требования энергетической эффективности зданий, строений, сооружений должны включать в себя:

1) показатели, характеризующие удельную величину расхода энергетических ресурсов в здании, строении, сооружении;

2) требования к влияющим на энергетическую эффективность зданий, строений, сооружений архитектурным, функционально-технологическим, конструктивным и инженерно-техническим решениям;

3) требования к отдельным элементам, конструкциям зданий, строений, сооружений и к их свойствам, к используемым в зданиях, строениях, сооружениях устройствам и технологиям, а также требования к включаемым в проектную документацию и применяемым при строительстве, реконструкции, капитальном ремонте зданий, строений, сооружений технологиям и материалам, позволяющие исключить нерациональный расход энергетических ресурсов как в процессе строительства, реконструкции, капитального ремонта зданий, строений, сооружений, так и в процессе их эксплуатации».

Новый закон, учитывающий проблемы низких теплозащитных характеристик устаревших жилых и общественных зданий со значительными затратами на отопление зданий и подогрев воды, позволяет плавно вводить более жесткие нормы теплоизоляции зданий, усиливать требования к комфортности жилья и качеству отделки, стимулировать появление новых технологий теплозащиты зданий и применение современных материалов для обеспечения теплоизоляции.

Одним из основных путей повышения энергоэффективности ограждающих конструкций жилых, общественных и производственных зданий является применение утеплителей в конструкциях наружных стен, покрытиях, перекрытиях и перегородках. Для эксплуатируемых зданий рациональным способом повышения теплозащиты может быть устройство дополнительного наружного утепления ограждающих конструкций. В новом строительстве используется как наружное утепление стен из монолитного железобетона, кирпича, бруса, мелкоштучных изделий, так и применение эффективных утеплителей в качестве среднего слоя в трехслойных стенах из бетона и кирпича.

Поэтому постоянно увеличиваются объемы потребления теплоизоляционных материалов по мере роста строительства в стране, достигая по оценкам экспертов 28-30 млн. м3 в год. Видно, что потребление на 1000 человек составляет порядка 200 м3 , в то время как в Норвегии этот показатель более 900 м3. Как следствие, дома усадебного типа, например, в Швеции

136

затрачивают на отопление в среднем 135 КВт·ч/(м2 год), в Германии затрачивают в среднем 250 КВт·ч/(м2 год), а в России эта величина достигает 800 КВт·ч/(м2 год). Не меньшие расходы тепловой энергии идут на отопление более чем 5 тысяч домов усадебного типа вокруг города Иркутска со стеновыми ограждениями в кирпичном исполнении. В условиях роста цен на энергоресурсы очевидна актуальность утепления зданий не только на государственном уровне, но и на уровне частного домовладельца.

Перспективы использования теплоизоляционных материалов в России при планах строительства только жилья 100-150 млн м2 в год могут оцениваться для общественных и промышленных зданий в пределах 50-55 млн м3, а для жилых – более 30 м3. Структура потребления теплоизоляционных материалов близка к характерным для промышленно развитых стран, где волокнистые утеплители составляют 60-80% от общего производства. Так в 2008 году наблюдалась следующая структура потребления теплоизоляционных материалов: стекловолокно – 41%, каменная вата – 32%, вспененный пенополистирол (пенопласт) – 17%, экструзивный пенополистирол – 4%, пенополиуретан – 1%, другие материалы – 5%. Другие материалы включают: ячеистые бетоны, вспученный перлит, вермикулит, вспененные полиолефины. По данным различных изданий в настоящее время наиболее используемым теплоизоляционным материалом является минеральная вата (стекловолокно и каменная вата). Однако сравнительно большая стоимость сдерживает распространение качественных стекловатных материалов с высокими теплотехническими параметрами.

Теплоизоляционные материалы принято различать по их маркам или брендам, где возможно также выделение по следующим видам:

– минеральная вата на основе базальтового волокна – Роквул-Rockwool, Парок-Paroc, Термостек-Termostec, Изовол-Izovol, Изорок, Термостепс;

– стекловолокно на основе стеклянного штапельного волокна – Изовер-Isover, Урса-Ursa, Кнауф-Knauf Insolation, Термостек-Termostec;

– экструдированный пенополистирол – Урсафом-Ursafoam, Теплекс-Teplex, Стирофом-Styrofoam, Примаплекс-Primaplex, Кнауф-Knauf, Пеноплекс;

– отражающая теплоизоляция на основе вспененного полиэтилена – Изолон, Изоком, Тепофол, Пенофол.

Минеральная вата – волокнистый теплоизоляционный материал, получаемый в результате расплава горных базальтовых пород при температуре около 1500 ˚C. Основные достоинства – негорючесть (материал выдерживает температуру до 1000 ˚C, не плавясь), высокая теплоизолирующая способность, хорошая паропроницаемость (влага испаряется, не скапливаясь в толще утеплителя), устойчивость к температурным колебаниям и воздействию воды (для повышения водоотталкивающих свойств применяются гидрофобизаторы). Минеральная вата характеризуется незначительной усадкой и, соответственно, сохранением изначальных геометрических размеров в течение всего периода эксплуатации постройки и отсутствием температурных деформаций. Благодаря этому удается избежать появления тепловых мостов, неизбежно возникающих в

137

местах стыков в случае подвижек теплоизоляционных плит. Минераловатный утеплитель достаточно прост в монтаже: мягкие изделия легко режутся ножом, а более плотные – ножовкой. Обычно минеральная вата выпускается в виде эластичных или жестких плит (в зависимости от сферы применения), прошивных матов. Теплоизоляция из минеральной ваты применяется в системах наружного утепления, в качестве теплоизоляционного слоя в навесных вентилируемых фасадах и фасадах со штукатурным покрытием, а также для теплоизоляции скатных и плоских кровель.

Стекловолокнистые изделия изготавливаются из силикатного расплава с высоким содержанием кремнезема. Основные компоненты шихты – кварцевый песок, доломит и глинозем. Длина его волокон около 15 см, в то время как длина каменного волокна обычно не превышает 1.5 см, а диаметр волокна не более 4-5 мкм. Стекловолокно, в отличие от минеральной ваты довольно упругий материал. Повышенная упругость стекловолокна позволяет транспортировать его в рулонах на значительные расстояния, складировать на стройплощадках – при вскрытии упаковки материал быстро возвращается к исходным параметрам. Стекловолокно выпускается в виде матов (свернутых в рулоны) и плит. Основное отличие матов от плит связано с возможностью установки изоляции на большей площади без разрывов и без тепловых мостов за счет уменьшения числа стыков между теплоизоляционными материалами. Стекловолокно обладает хорошей паропроницаемостью, не позволяя влаге скапливаться внутри, что, соответственно, увеличивает долговечность ограждения. Теплоизоляционные изделия из стекловолокна применяются, в основном, при утеплении так называемых ненагруженных конструкций (скатные кровли, навесные вентилируемые фасады и т.д.), а также при устройстве полов по лагам, потолков подвалов, перекрытий, внутренних перегородок. В силу высокой сжимаемости и упругости стекловолоконная теплоизоляция особенно удобна при утеплении труднодоступных мест, узлов сопряжения элементов конструкций.

Пенополистирол (пенопласт) – полимерный материал, исходным сырьем которого служит стирол. При производстве пенополистирола не применяют связующие. Сырье перерабатывается под действием повышенных температуры и давления за счет спекания гранул друг с другом. Пенополистирол химически стоек, не подвержен гниению и разложению, не меняет своих свойств на протяжении десятков лет даже при многократных воздействиях знакопеременных температур. В качестве утеплителя пенополистирол применяется в системах наружного утепления, в системах с утеплителем с внутренней стороны ограждающей конструкции, в системах с утеплителем внутри ограждающей конструкции. Используют его и для термоизоляции стеновых панелей, перекрытий, подвалов, кровель. Из пенополистирола изготовляются и теплоизоляционные фасадные плиты, представляющие собой трехслойную конструкцию из двух слоев полистиролбетона и среднего слоя из пенополистирола.

138

В отличие от систем утепления фасадов, в которых применяются минераловатные или пенополистирольные плиты, оштукатуриваемые по сетке с последующей отделкой, плиты «Симпролит» готовы к отделке сразу же после закрепления на фасаде. Причем первоначальная отделка (грунтовка, шпаклевка) может выполняться еще до монтажа.

Экструдированный пенополистирол производится из обычного гранулированного пенополистирола (пенопласт). В процессе переработки его смешивают с различными ингредиентами, повышающими прочность и снижающими горючесть материала. Затем в однородную массу под давлением подается вспенивающий агент (например, углекислый газ). В результате получается материал, образованный из мелких не сообщающихся друг с другом наполненных газом ячеек, обладающий нулевой капиллярностью и не пропускающий воду и ее пары. Закрытая ячеистая структура обеспечивает незначительное изменение теплопроводности в условиях повышенной влажности, что позволяет применять его в качестве наружной теплоизоляции в подвалах даже без использования гидроизоляционных материалов.

Вспененный полиэтилен (более известный как изолон) обеспечивает тепло-, гидро- и звукоизоляцию одновременно. Изолон с низкой плотностью обычно применяется в фундаментах, разделяющих перегородках, для теплоизоляции стен домов, гаражей, лоджий, труб горячего и холодного водоснабжения. Изолон с высокой плотностью используется как тепло-, гидро- и звукоизоляционная прокладка в полах, уплотнитель стыков сборных элементов зданий, срубов, утеплитель для окон. Выпускается изолон и с металлизированным покрытием. Благодаря отражающим свойствам фольги, он удерживает внутри помещения инфракрасные лучи, что позволяет использовать его в саунах, банях. Материал легко монтируется: сваривается, клеится, крепится мебельными скобами и строительными скотчами. В зависимости от технологии производства изолон бывает сшитым и несшитым. Поставляется он в рулонах длиной до 200 м, толщиной от 2 до 12 мм, шириной от 0.55 м до 1.5 м, а также в листах размерами 1.4 х 2.0 м и толщиной до 15 мм.

Таким образом, современные теплоизоляционные материалы, используемые в промышленном строительстве, общественных и жилых зданий, можно условно разделить на несколько видов: минеральные (минеральная вата и стекловолокно), пенополистиролы (гранулированный пенополистирол-пенопласт и экструдированный пенополистирол), а также вспененный полиэтилен.

3.4.2. Примеры устройства теплоизоляции ограждений Проектирование утепления ограждений с использованием современных

теплоизоляционных материалов осуществляется на основе известных строительных технологий, а также рекомендаций производителей теплоизоляционных материалов, которые стараются сопровождать внедрение своей продукции. Информация об устройстве теплоизоляции в ограждающих конструкциях зданий с детальными альбомами чертежей и сборниками

139

технических решений и рекомендаций находится на сайтах большинства фирм производителей продукции, например: www.rockwool.ru, www.isover.ru, www.ursa.ru, www.teplex.ru, www.izolaciya.ru и многих других.

Ниже приводятся примеры проектирования наружной теплоизоляции ограждающих конструкций, которые являются типичными и принципиально не отличающимися практически для всех представленных в сети альбомах технических решений.

Физико-технические свойства используемых теплоизоляционных материалов оказывают влияние на теплотехническую эффективность и эксплуатационную надежность конструкций, трудоемкость монтажа, возможность ремонта в процессе эксплуатации и в значительной степени определяют сравнительную эффективность различных вариантов утепления зданий. На долговечность и стабильность теплофизических и физико-механических свойств теплоизоляционных материалов в конструкциях утепления зданий влияют многие эксплуатационные факторы, включая:

– знакопеременный температурно-влажностный режим теплоизоляционных конструкций;

– возможность капиллярного и диффузионного увлажнения теплоизоляционного материала в конструкции;

– воздействие ветровых нагрузок; – механические нагрузки от собственного веса в конструкциях стен и

нагрузки при перемещении людей в конструкциях крыш и перекрытий. С учетом указанных факторов теплоизоляционные материалы для

утепления зданий должны отвечать следующим основным требованиям: – теплоизоляционный материал должен обеспечивать требуемое

сопротивление теплопередаче при возможно минимальной толщине конструкции, что достигается применением материалов с расчетным коэффициентом теплопроводности в пределах 0.035-0.05 Вт/(м⋅˚C);

– паропроницаемость материала должна иметь значения, исключающие возможность накопления влаги в конструкции в процессе ее эксплуатации;

– плотность теплоизоляционных материалов для утепления зданий ограничивается допустимыми нагрузками на несущие конструкции и составляет 200-250 кг/м3.

Преимуществом систем наружного утепления ограждений является: – защита ограждающих конструкций (стен, покрытий, чердачных

перекрытий) от воздействий переменных температур наружного воздуха, что способствует улучшению их температурно-влажностного режима, исключает появление трещин, увеличивает срок службы конструкций;

– смещение точки росы к внешней стороне теплоизляционного слоя, способствуя улучшению влажностного режима внутренних частей ограждающих конструкций;

– обеспечение благоприятного режима по условиям паропроницаемости; – сохранение исходной площади помещения в условиях реконструкции с

наружным утеплением стен.

140

При наружной теплоизоляции зданий возрастает теплоаккумулирующая способность утепляемых ограждений. В случае изменения условий отопления и даже его отключение становится существенной емкостная составляющая теплоизоляции, например, для кирпичной стены, остывающей значительно медленнее.

Стеновые ограждения Устройство теплоизоляции стеновых ограждений приводится ниже для

следующих вариантов наружного утепления: – легкобетонные панели, трехслойные стены из кирпича глиняного

обыкновенного на цементно-песчаном растворе с плитами теплоизоляции в качестве среднего слоя и наружной облицовки из лицевого пустотного кирпича;

– легкобетонные панели или блоки, стены из кирпича глиняного обыкновенного на цементно-песчаном растворе с плитами теплоизоляции в качестве первого слоя с толстослойным штукатурным покрытием;

– стены из бруса или бревен с плитами теплоизоляции в два слоя в конструкции с вентилируемым зазором.

Рис. 17. Утепление панельной стены плитами URSA в конструкции с облицовкой лицевым кирпичом без вентилируемого зазора: 1 – внутренняя штукатурка, 2 – несущая панельная стена, 3 – плиты URSA, 4 – облицовка из

лицевого кирпича, 5 – анкер и связи.

141

Рис. 18. Утепление кирпичной стены плитами URSA в конструкции с вентилируемым зазором и облицовкой лицевым кирпичом: 1 – внутренняя

штукатурка, 2 – несущая кирпичная стена, 3 – плиты URSA, 4 – вентилируемый зазор, 5 – облицовка из лицевого кирпича, 6 – гибкие связи.

142

Рис. 19. Утепление кирпичной стены здания плитами ISOVER в конструкции с толстослойным штукатурным покрытием и креплением теплоизоляционного

слоя гибкими (подвижными) анкерами: 1 – несущая кирпичная стена, 2 – плиты марки ISOVER, 3 –гибкий (подвижный) анкер, 4 – армирующая сварная оцинкованная сетка, 5 – штукатурный слой, 6 – окраска декоративная

143

Рис. 20. Утепление наружной кирпичной стены плитами ISOVER. Узел примыкания к карнизу: 1 – несущая кирпичная стена, 2 – клеевой состав,

3 – плиты ISOVER, 4 – армирующая сетка, 5 – дюбель тарельчатый, 6 – штукатурное покрытие.

144

Рис. 21. Утепление внешнего угла здания плитами ISOVER в конструкции с тонкостенной штукатуркой: 1 – внутренняя штукатурка, 2 – несущая стена,

3 – плиты ISOVER, 4 – клеевой состав, 5 – дюбель тарельчатый, 6 – армирующая стеклосетка, 7 – угловая армирующая сетка, 8 – цементно-

клеевая штукатурка

145

Рис. 22. Утепление стены из бруса плитами ISOVER по деревянному каркасу с облицовкой плитным или листовым материалом в конструкции с

вентилируемым зазором: 1 – вентилируемый зазор, 2 – плиты ISOVER, 3 – стена из бруса, 4 – облицовка плитным или листовым материалом,

сайдингом, 5 – крепежный элемент (винт, шуруп), 6 – дистанционирующая вертикальная планка, 7 – вертикальная стойка из бруса, 8 – крепление стоек и

планок, 9 – внутренняя облицовка (гипсокартон, вагонка)

146

Рис. 23. Утепление стены из бревен плитами ISOVER в два слоя по деревянному каркасу с облицовкой плитным или листовым материалом в

конструкции с вентилируемым зазором: 1 – вентилируемый зазор, 2 – стена из бревен, 3 – уплотнитель маты ISOVER, 4 – маты ISOVER, 5 – плиты ISOVER,

6 – дюбель или гвоздь с шайбой, 7 – деревянный каркас (вертикальные и горизонтальные бруски), 8 – внутренняя отделка, 9 – вертикальная деревянная

планка, 10 – крепежный элемент, 11- внешняя отделка

147

Рис. 24. Примыкание утепления из плит ISOVER к оконному проему с отделкой обшивочной доской: 1 – стена из бревен, 2 – оконная коробка, 3 – маты или

плиты ISOVER, 4 – ветрозащитный слой, 5 – вертикальная деревянная планка, 6 – обшивочные доски, вагонка, сайдинг, 7 – бруски деревянные,

8 – деревянный каркас, 9 – отделка окна, доска, 10 – оконный слив, оцинкованная сталь, 11 – внутренняя обшивка, гипсокартон

148

Рис. 25. Узел сопряжения крыши и каркасной стены дома с утеплителем из плит ISOVER: 1 – кровля, 2 – вентилируемое подстропильное пространство,

3 – диффузионная пленка (гидро-ветроизоляция), 4 – плиты или маты ISOVER, 5 – деревянные конструкции чердака и каркасной стены, 6 – плиты или маты

ISOVER, 7 – изоляция чердачного перекрытия утепленной мансарды, 8 – гидроизоляция, 9 – пароизоляция, 10 – внутренняя отделка, 11 – каркасная

стена дома

149

Рис. 26. Отделка цоколя кирпичной стены здания с утеплением плитами URSA со штукатурным покрытием: 1 – несущая кирпичная стена, 2 – плиты URSA,

3 – анкер, 4 – облицовка из кирпича, 5 – дюбель, 6 – армирующая сетка, 7 – шукатурное покрытие.

150

Рис. 27. Стена из бруса, утепленная плитами URSA, с облицовкой кирпичом и с вентилируемым зазором: 1 – стена из бруса, 2 – плиты URSA, 3 – плиты URSA

в конструкции утепления перекрытия подвала, 4 – потолок подвала, 5 – гидроизоляция фундамента, 6 – кирпичная облицовка, 7 – ветрозащита,

8 – вентилируемый зазор

151

Перекрытия Устройство теплоизоляции перекрытия и чердачного перекрытия

приводится ниже для следующих вариантов утепления: – чердачное перекрытие из железобетонной плиты или многопустотного

настила (холодный проходной или полупроходной чердак) с плитами или матами теплоизоляции;

– чердачное перекрытие неутепленной мансарды или холодного чердака из каркасной конструкции с плитами или матами теплоизоляции.

Рис. 28. Чердачное перекрытие из сплошной железобетонной плиты с теплоизоляцией из плит или матов ISOVER: 1 – деревянный настил, 2 – плиты

или маты ISOVER, 3 – лаги, 4 – пароизоляция, 5 – потолок (штукатурка), 6 – плита перекрытия

Рис. 29. Чердачное перекрытие неутепленной мансарды или холодного чердака с теплоизоляцией из плит или матов ISOVER: 1 – половая доска, 2 – каркас

(балки, лаги), 3 – пароизоляция, 4 – плиты или маты ISOVER, 5 – гидро-ветрозащитный слой, 6 – доски 20-30 мм, 7 – обшивка (гипсокартон)

152

Рис. 30. Утепление перекрытия из многопустотного настила над холодным подвалом плитами URSA: 1 – пол, 2 – пароизоляция, 3 – лаги,

4 – гидроизоляция, 5 – плиты URSA, 6 – плита перекрытия

Рис. 31. Конструкция пола над холодным подвалом с теплоизоляцией из плит или матов ISOVER : 1 – половая доска, 2 – каркас (балки, лаги),

3 – пароизоляция, 4 – плиты или маты ISOVER, 5 – гидро-ветрозащитный слой, 6 – обшивка из досок, 7 – гидроизоляция, 8 – опорные бруски, 9 – опорные

столбики

153

Покрытия Устройство конструкции утепления покрытий приводится ниже для

следующих вариантов: – скатная крыша с теплоизоляцией плитами или матами с

ветрозащитными плитами в качестве наружного слоя; – покрытия из железобетонных сплошных плит, многопустотного настила

с рулонной кровлей и теплоизоляцией в один или два слоя.

Рис. 32. Утепление скатной крыши с теплоизоляцией из плит или матов ISOVER с внутренним слоем из плит с покрытием из металлочерепицы:

1 – покрытие из металлочерепицы, 2 – обрешетка, 3 – гидрозащита (подкровельная диффузионная пленка), 4 – вентилируемый зазор,

5 – ветрозащитный слой из плит ISOVER, 6 – плиты ISOVER, 7 – стропило, 8 – плиты ISOVER, 9 – внутренняя отделка

154

Рис. 33. Утепление существующей скатной крыши плитами ROCKWOOL в три слоя: 1 – существующее покрытие крыши, 2 – гидроизоляция,

3 – существующая обрешетка кровли, 4 – дополнительный брусок 50 мм, 5 – стропило, 6 – вентилируемый зазор 50 мм, 7 – ветрозащитный слой из плит

ROCKWOOL, 8 – плиты ROCKWOOL, 9 – пароизоляция, 10 – обрешетка, 11 – гвоздь с шайбой, 12 – внутренняя отделка

Рис. 34. Ограждающие конструкции мансард, утепленные минераловатными плитами ROCKWOOL с вентилируемым зазором: 1 – гипсокартонные листы,

2 – металлическая кровля, 3 – воздушный зазор, 4 – обрешетка, 5 – вентилируемое подстропильное пространство, 6 – плиты ROCKWOOL,

7 – деревянные брус

155

а)

б)

Рис. 35. Усиление теплозащиты существующей кровли плитами ISOVER с кровельным покрытием по цементной стяжке: а – перекрытие из сплошных

плит, б – перекрытие из многопустотного настила: 1 – перекрытие, 2 – существующая пароизоляция, 3 – керамзитобетонная панель толщиной 400-

450 мм, 4 – существующее кровельное покрытие, 5 – приклейка утеплителя, 6 – плиты ISOVER, 7 – цементная стяжка с армированием, 8 – нижний слой кровельного листа, 9 – верхний край кровельного ковра с крупнозернистой

посыпкой

156

Рис. 36. Конек скатной крыши с вентилируемым пространством: 1 – кровля, 2 – деревянные конструкции чердака, 3 – вентилируемое подстропильное пространство, 4 – диффузионная пленка (гидро-ветроизоляция), 5 – плиты

URSA, 6 – пароизоляция, 7 – внутренняя облицовка, 8 – коньковый элемент

157

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В изучении физических сред проектируемых и возводимых зданий на

первое место принято ставить тепловую среду, формирование которой зависит от правильности постановки и решения задач обеспечения тепловой защиты зданий. Изложение в первой части учебного пособия «Строительная физика: проектирование и расчеты» этого раздела призвано обеспечить необходимыми методами выполнения приближенных расчетов и получения оценок теплового и влажностного состояния ограждающих конструкций. Достаточно быстрое развитие технологий производства строительных материалов, отвечающих самым высоким современным требованиям к стабильности и комфортности условий человеческой жизнедеятельности, еще более подчеркивает важность адекватных физических представлений о процессах как во внутреннем пространстве здания, так и на границе с внешней средой.

В общем случае считается обязательным подтверждение принимаемых проектных решений данными расчетов характеристик температурных и влажностных режимов. Используемые при этом физические представления во многом остаются практически неизменными со времени появления первых учебных руководств по строительной физике. Сложности появляются в тех случаях, когда использование известных физических моделей не соответствует проектным решениям, базирующимся на принципиально новых материалах и технологиях. В качестве примера можно привести интересную с физической точки зрения современную технологию применения теплоизоляционного материала фирмы Micronal PCM, основанную на явлении фазового перехода. В материал внедрены малые полимерные капсулы с составом, имеющим близкую к внутренней температуре помещения температуру плавления. При повышении температуры состав внутри капсул плавится и происходит поглощение тепла, а при понижении затвердевающий состав отдает тепло, что предполагает сглаживание пиковых перепадов температуры.

Отдельный раздел проектирования составляют задачи учета требований нормирования тепловой защиты зданий в соответствии с действующими документами, такими как строительные нормы и правила СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» и свод правил СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий». Наиболее важными в нормах являются требования к следующим показателям: приведенному сопротивлению теплопередаче, ограничению температуры и недопущению конденсации влаги на внутренней поверхности ограждающей конструкции, удельному показателю расхода тепловой энергии на отопление здания. В своде правил приведены основанные на понятиях строительной физики методики расчета и рекомендации по выбору уровня теплозащиты на основе теплового баланса здания, приведенного сопротивления теплопередаче неоднородных ограждающих конструкций, конструктивных и архитектурных решений с точки зрения теплозащиты зданий.

158

В учебном пособии затрагиваются вопросы проектирования и технологий тепловой защиты зданий с учетом данных потребления зданиями энергии на отопление в связи с необходимостью внедрением в практику проектирования и строительства основных положений принятого недавно федерального закона об энергосбережении и повышении энергетической эффективности. Актуальным является проектирование с использованием современных теплоизоляционных материалов и умение максимально применять информационное сопровождение таких материалов производителями.

Из наиболее важных в решении проблемы энергоэффективности зданий новых технологий в учебном пособии рассматриваются вентилируемые фасадные системы и приводятся методы расчета их температурно-влажностных характеристик. Перспективной и интересной становится распространяющаяся в Европе и многих странах мира практика проектирования и строительства пассивных домов, реализующая идею энергонезависимости и автономности зданий не только жилых, но общественных и промышленных. В качестве одной из последних идей пассивных домов можно упомянуть опыт строительства так называемых «3-литровых» зданий, для отопления квадратного метра жилой площади которых в течение года достаточно всего трех литров коммунально-бытового топлива и даже меньше.

Включение в учебное пособие примеров устройства теплоизоляции стеновых ограждений, перекрытий и покрытий позволяет правильно оценить известные проектные решения и переходить к самостоятельному решению задачи определения достаточной тепловой защиты зданий.

159

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Книги и статьи 1. Блази В. Справочник проектировщика. Строительная физика. – М.:

Техносфера, 2004. – 480 с. 2. Богословский В. Н. Тепловой режим зданий. – М.: Стройиздат, 1979. –

248 с. 3. Богословский В. Н. Строительная теплофизика (теплофизические

основы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха). – М.: Высшая школа, 1982. – 415 с.

4. Богуславский Л. Д. Экономическая эффективность уровня теплозащиты зданий. – М.: Стройиздат, 1981. – 103 с.

5. Богуславский Л. Д. Снижение расхода энергии при работе систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. – М.: Стройиздат, 1982. – 162 с.

6. Богуславский Л. Д. Экономия теплоты в жилых зданиях. – М.: Стройиздат, 1986. – 88 с.

7. Богуславский Л. Д., Стражников А. М. Эксплуатация инженерного оборудования зданий в условиях экономии энергетических ресурсов.. – М.: Стройиздат, 1984. – 192 с.

8. Гагарин В.Г. О реальной цене энергосбережения // Строительный эксперт, 2003. – № 8. – С. 10.

9. Гагарин В. Г. Теплотехнические ошибки при проектировании вентилируемых фасадов // Стройпрофиль, 2005. – № 3. – С. 10-13.

10. Гусев Н. М. Основы строительной физики. – М.: Стройиздат, 1975. – 440 с.

11. Еремкин А. И., Королева Т. И. Тепловой режим зданий. Учебное пособие. – М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2000. – 368 с.

12. Зайцев И. В. «Пассивный» дом – мечта или повседневность // Технологии строительства, 2008. – № 4. – С. 36-39.

13. Зоколей С. В. Архитектурное проектирование, эксплуатация объектов, их связь с окружающей средой. – М.: Стройиздат, 1984. – 670 с.

14. Иванов Г. С. Радикальное решение проблемы энергосбережения в градостроительстве на основе применения энергоэффективных конструкций окон // ССК "ОКНА и ДВЕРИ", 2000. – № 7-8. – С. 14-16.

15. Иванов Г. С. Кому нужны непригодные нормы проектирования теплозащиты зданий СНиП 23-02-2003 // ССК "ОКНА и ДВЕРИ", 2005. – № 4. – С. 97-99.

16. Иванов Г. С., Спиридонов А. В. Хромец Д. Ю., Морозов A. M. Энергосбережение при реставрации и капитальном ремонте зданий // Жилищное строительство, 2002. – № 1. – С.7-9.

160

17. Ильинский В. М. Проектирование ограждающих конструкций зданий (с учётом физико-климатических воздействий). – М.: Высшая школа, 1974. – 320 с.

18. Ильинский В. М. Строительная теплофизика (ограждающие конструкции и микроклимат зданий). – М.: Высшая школа, 1974. – 320 с.

19. Калихман А. Д. Основы проектирования индивидуального энергоэкономичного жилья. Учебное пособие. – Иркутск: Изд. ИрГТУ, 1995. – 92 с.

20. Корнилов Т. А., Рахматуллин А. А. О состоянии вентилируемых фасадных систем в Якутии // Жилищное строительство, 2007. – № 6. – С. 11-12.

21. Корнилов Т. А., Амбросьев В. В. Об особенностях работы вентилируемого фасада в условиях устойчивой низкой температуры (по результатам натурного эксперимента) // Технологии строительства, 2008. – № 1. – С. 18-27.

22. Крутов В. И., Исаев С. И., Кожинов И.А. Техническая термодинамика. – М.: Высшая школа, 1991. – 384 с.

23. Кузнецова Г. А. Барьеры на пути реализации программы энергосбережения // Технологии строительства, 2008. – № 6. – С. 6-20.

24. Лобов О. И., Ананьев А. И., Кувшинов Ю. Я. и др. Взгляд на энергосбережение сквозь стены // Строительный эксперт. 2004. – № 5. – С. 16-18.

25. Лыков А. Б. Теоретические основы строительной теплофизики. – М.: Стройиздат, 1961. – 519 с.

26. Малявина Е. Г. Теплопотери здания. Справочное пособие. – М.: АВОК-ПРЕСС, 2007. – 219 с.

27. Матвеев Е. П., Мешечек В. В. Технические решения по усилению и теплозащите конструкций жилых и общественных зданий (чертежи, узлы, детали, расчеты, технология производства). – М.: Издатцентр «Старая Басманная», 1998. – 209 с.

28. Матросов Ю. А. Законодательство и стандартизация Европейского Союза по энергоэффективности зданий // Журнал AВОК. 2003 – № 8. – С. 2-5.

29. Машенков А. Н., Чебурканова Е. В. Проблемы паропроницаемости в навесных фасадных системах // Технологии строительства, 2005. – № 7. – С. 25-27.

30. Мейер-Бое В. Строительные конструкции зданий и сооружений. – М.: Стройиздат, 1993. – 408 с.

31. Наружные стены, стены подвала, покрытия, чердачные перекрытия, перегородки, ограждающие конструкции мансард и полы с теплоизоляцией из минераловатных плит ROCKWOOL. Материалы для проектирования и рабочие чертежи узлов. – М.: ОАО «ЦНИИПРОМЗДАНИЙ», 2005. – 120 с.

32. Обзор: Вентилируемые фасады – мифы и реальность // Технологии строительства, 2004. – № 5. – С. 4-11.

161

33. Рекомендации по проектированию навесных фасадных систем с вентилируемым воздушным зазором для нового строительства и реконструкции зданий. – М.: Правительство Москвы. Москомархитектура, 2002. – 60 с

34. Рекомендации по проектированию и применению для строительства и реконструкции зданий в г. Москве фасадной системы с вентилируемым воздушным зазором «U-kon». – М.: Правительство Москвы. Моском-архитектура, 2003. – 53 с.

35. Ржеганек Я., Яноуш А. Снижение теплопотерь в зданиях. – М.: Стройиздат, 1988. – 168 с.

36. Селиванов Н. П., Мелуа А.И., Зоколей С. В. и др. Энергоактивные здания. – М.: Стройиздат, 1987. – 376 с.

37. Табунщиков Ю. А., Бородач М. М. Математическое моделирование и оптимизация тепловой эффективности зданий. – М.: АВОК-ПРЕСС, 2002. – 194с.

38. Табунщиков Ю. А., Хромец Д. Ю., Матросов Ю. А. Тепловая защита ограждающих конструкций зданий и сооружений. – М. : Стройиздат, 1986. – 380 с.

39. Умнякова Н. П. Как сделать дом теплым. – М. : Стройиздат, 1996. – 368 с.

40. Ушаков В. Ф. Теплопередача ограждающих конструкций при фильтрации воздуха. – М.: Стройиздат, 1969. – 144 с.

41. Файст В. Основные положения по проектированию пассивных домов. – М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2008. – 144 с.

42. Фасадная система «Полиалпан». Рекомендации по проектированию и применению для строительства и реконструкции зданий. – М.: ОАО ЦНИИЭП Жилища, 2003. – 92 с.

43. Фасадные теплоизоляционные системы с воздушным зазором. Рекомендации по составу и содержанию документов и материалов, предоставляемых для технической оценки пригодности продукции. – М.: Госстрой России. 2004. – 87 с.

44. Фокин В. М. Основы энергосбережения и энергоаудита. – М.: Изд. Машиностроение-1, 2006. – 256 с.

45. Фокин В. М., Бойков Г. П., Видин Ю. В. Основы технической теплофизики. – М.: Изд. Машиностроение-1, 2004. – 172 с.

46. Фокин К. Ф. Строительная теплотехника ограждающих конструкций здания. – М.: Стройиздат, 1973. – 287 с.

47. Шильд Е., Кассельман Х. -Ф., Дамен Г., Поленц Р. Строительная физика. – М.: Стройиздат, 1982. – 294 с.

48. Шкловер А. М. Теплопередача при периодических тепловых воздействиях. – М.: Стройиздат, 1961. – 160 с.

49. Энергосберегающие технологии в современном строительстве. – М.: Стройиздат, 1990. – 296 с.

162

Нормативная документация 1. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий // Госстрой России. – М.:

ФГУП ЦПП, 2004. 2. СНиП 23-01-99*. Строительная климатология // Госстрой России – М:

ФГУП ЦПП, 2003. 3. СНиП 2.04.05-91* Отопление, вентиляция и кондиционирование //

Госстрой России – М: ФГУП ЦПП, 2000. 4. СП 23-101-2004. Проектирование тепловой защиты зданий // Госстрой

России. – М.: ФГУП ЦПП, 2004. 5. СП 31-106-2002. Проектирование и строительство инженерных систем

одноквартирных жилых домов // Госстрой России. – М.: ФГУП ЦПП, 2002. 6. ГОСТ 30494-96. Здания жилые и общественные. Параметры

микроклимата в помещениях // Госстрой России – М: ФГУП ЦПП, 1999. 7. ГОСТ 26254-84. Здания и сооружения. Методы определения

сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций // Госстрой СССР – М: 1985.

8. СанПиН 2.2.4.548-96. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений. Физические факторы производственной среды // Госкомсанэпиднадзор России. – М: 1996.

9. СТО 17532043-001-2005 РНТО строителей. Нормы теплотехнического проектирования ограждающих конструкций и оценки эффективности зданий // РНТО строителей – М.: 2006.