Теплопередача

Основой для проведения расчетов является коэффициент теплопроводности материала, который подвергается воздействиям, возникающим в процессе производства, строительства и эксплуатации здания в соответствии с его назначением. В процессе проведения расчетов следует по возможности использовать данные, которые были получены в ходе измерений, отражающих перечисленные воздействия. При отсутствии таких данных можно воспользоваться данными и корректирующими коэффициентами, которые приводятся в приложении к Стандарту.

В плоской конструкции, состоящей из гомогенных слоев, расположенных перпендикулярно направлению теплового потока, в устойчивом состоянии образуется одномерное температурное поле. Плотность теплового потока отражает т. н. коэффициент теплопередачи в плане горизонталей:

Кирпичные стены сами по себе соответствуют теплотехническим нормативам Стандарта, но при этом они должны иметь соответствующее сечение и соответствовать требованиям строительной физики.

Если речь идет о сплошных конструкциях, которые можно характеризовать в соответствии с последовательностью слоев, то, для того чтобы можно было приблизительно учитывать процессы, которые меняются во времени, при расчете и проверке поверхностных температур показатель «к» умножается на корректирующий коэффициент который приводится в приложении к Стандарту и зависит от массы поверхности данной конструкции.

В отношении прочих конструкций (негомогенных, имеющих тепловой мост и др.), которые не поддаются характеристике в соответствии с последовательностью слоев, необходимо применять другие методы корректировки и/или расчетов — в соответствии с последующими разделами Стандарта.

Вот как в Стандарте отражены основные расчетные показатели коэффициентов теплопередачи для различных поверхностей — в соответствии с их положением по отношению к тепловому потоку (таблица 1).

Таблица 1

Коэффициенты теплопередачи

Название конструкции, ее положение в пространстве и относительно теплового потока	вт/(м2*К)
	αe	αi
Внешняя стена и проем*	24	8
Внутренняя стена и проем	8	8
Плоская крыша и стеклянный фонарь	24	10
Внутреннее перекрытие (остывающее в верхнем направлении), чердачное перекрытие	12	10
Внутреннее перекрытие (остывающее в нижнем направлении), подвальное перекрытие	8	6
Перекрытие над сводом	20	6

* Исходные величины можно корректировать, когда речь идет о краях, углах или о специфических условиях

Эквивалентное теплопроводное сопротивление воздушных слоев зависит также от температуры поверхностей, ограничивающих данный воздушный слой, именно поэтому в названии фигурирует определение «зимний».

С точки зрения связи между слоем воздуха и внешней средой мы различаем три вида:

1. Слой воздуха считается непроветриваемым или слабо проветриваемым, если:

a) в горизонтальном положении поверхность отверстия между слоем воздуха и внешним воздухом не превышает 5 см² на единицу фасадной стены, равную 1 м²;

b) в вертикальном направлении поверхность отверстия не превышает 5 см² на единицу длины в 1 м.

2. Слой воздуха считается среднепроветриваемым при соотношении вышеуказанных показателей 5-15 см/м² и 5-15 см²/м.

3. Слой воздуха считается интенсивно проветриваемым при удельной поверхности отверстий более 15 см².

Слой воздуха считается нормальным, когда эмиссионные коэффициенты инфракрасного диапазона поверхностей, ограничивающих данный слой воздуха, составляют ɛ ≥ 0,8 (таковыми являются обычные поверхности). Поверхности воздушного слоя являются отражающими, когда по крайней мере на одной из поверхностей, ограничивающих воздушный слой на протяжении долгого времени, эмиссионный коэффициент, характерный для инфракрасного диапазона, будет равен ɛ ≤ 0,2 (фольга).

Показатели теплопроводного сопротивления слабо- и средневентилируемых воздушных слоев указаны в таблице. Для интенсивно вентилируемых воздушных слоев необходимо проводить расчеты подробного энергетического баланса, либо — в качестве приблизительного показателя — можно предположить, что их температура совпадает с температурой внешней среды.

Для конструкций с наклонными плоскостями следует применять показатели вертикальных конструкций (таблица 2).

• В процессе анализа температурных условий в конструкции в отдельных случаях в расчетах применяют т. н. «температуру, измерявшуюся по собственной шкале». В этом случае в качестве начальной точки шкалы берется внешняя температура t_e, основой для сравнения служит разница между внутренней и внешней температурой: (t_i — t_e): таким образом, в любой точке конструкции температуру! можно охарактеризовать коэффициентом:

«Потенциальные поверхности», которые складываются из точек, характеризующихся одинаковой величиной, дают картину формирования данной конструкции, которую будет легко анализировать. Так, по данным температурам воздуха t_i и t_e можно рассчитать температуру любой анализируемой конструкции, для этого применяется формула:

t = t_e + Θ*(t_i-t_e).

Расчеты, основанные на температуре, измеряющейся по собственной шкале, фигурируют в данном стандарте лишь в анализах температуры внутренних поверхностей ограждающих конструкций, но их можно применять и в других случаях.

• Что касается геометрической формы конструкции и/или материала, из которого она изготовлена, при расчетах следует принимать во внимание воздействие многомерных тепловых потоков и температурных полей, которые возникают из-за негомогенного характера структуры и/или из-за изменения коэффициента теплопередачи.

По возможности следует пользоваться такими данными измерений, которые отражают перечисленные виды воздействия. В случае отсутствия таковых при расчетах тепловых потоков можно использовать коэффициенты теплопередачи вдоль приблизительной линии (таблица 3).

Для оценки распределения температуры можно воспользоваться сборником примеров (каталогами тепловых мостов).

• В процессе аналитических многомерных расчетов температур, которые проводят в целях контроля частных случаев, основные коэффициенты теплопередачи по краям или в углах необходимо уменьшать по следующим формулам:

вдоль горизонтальных краев: α₁ = 0,30*( α₁₁ + α₁₂),

вдоль вертикальных краев: α₁ = 0,35*(α₁₁ + α₁₂), где α₁₁ и α₁₂ являются коэффициентами теплопередачи на стыке поверхностей, образующем край.

Уменьшенная в соответствии с вышесказанным величина относится к полосе шириной 10 см, которая пролегает вдоль края поверхности. В прилегающих к ней полосах шириной 30 см величина коэффициента теплопередачи постоянно возрастает на величину, указанную для данной поверхности. Подобным образом определяются и цифры по набору примеров, которые рекомендуются для составления проекта (каталоги тепловых мостов).

Воздействие мебели, которая препятствует теплопередаче на определенных поверхностях, при отсутствии прочих показателей можно учитывать, уменьшая приведенные в приложении коэффициенты теплопередачи на 30-50%.

Обогреватели, а также вмонтированные излучающие калориферы или воздействие принудительной вентиляции можно принимать во внимание с увеличенным показателем коэффициента теплопередачи.

• В процессе проверки условий распределения температуры и уровня влажности внутри конструкции характеристики внутреннего воздуха — при отсутствии другой договоренности или требований, которые отличаются по иным причинам, учитывают в соответствии с таблицей 4 и приложением к Стандарту. Приведенный в приложении показатель t_i
соответствует нормативной внутренней (суммарной) температуре. По ней — в соответствии с приложением — следует рассчитывать температуру воздуха t_im.

Характеристики состояния внешнего воздуха, которые следует учитывать при расчетах, а также данные, связанные с климатическими факторами, содержатся в приложении к Стандарту.

Таблица 2

Эквивалентное теплопроводное сопротивление воздушных слоев в зимний период (R*м²*K/W)

Разновид­ность воздушного слоя	Формиро­вание поверхности воздушного слоя	Толщина воздуш­ного слоя, мм	Направление теплового потока
			горизонтальный	снизу вверх	сверху вниз
Невентилируемый или вентили­руемый	обычный	1 5 10 20 50	0,035 0,11 0,15 0,17 0,17	0,035 0,11 0,13 0,14 0,14	0,35 0,11 0,15 0,20 0,21
	отража­ющий	1 5 10 20 50	0,07 0,22 0,30 0,35 0,35	0,07 0,22 0,25 0,28 0,28	0,07 0,22 0,30 0,40 0,42
Средневентилируемый	обычный	1 5 10 20 50	0017 0,05 0,07 0,08 0,08	0,017 0,05 0,06 0,07 0,07	0,017 0,05 0,07 0,10 0,10
	отража­ющий	1 5 10 20 50	0,035 0,10 014 0,16 0,16	0,035 0,10 0,12 0,14 0,14	0,035 0,10 0,14 0,20 0,20

Таблица 3

Показатели, которые можно учитывать при расчетах коэффициента теплопередачи

Разновидность сопряжения в конструкции	Одно ребро сопряжения (L)	Два сопрягающихся ребра (Т)
Разновидность теплового моста	Коэффициент теплопередачи вдоль линии kl*W/(м*K)
Обычно вдоль периметра проемов	0,15	—
Вдоль периметра проемов, когда конструкция коробки находится в плоскости теплоизолирующего слоя	0
Угловое ребро в конструкции кирпичной кладки	0,10	—
С внешней стороны, угловое ребро теплоизолированной конструкции	0.15	_
Кирпичная кладка, сопряжение T внешней и внутренней стены	0,06	0,12
С внешней стороны теплоизолированной конструкции, сопряжение T внешней и внутренней стены	0,03	0,06
Кирпичная кладка, сопряжение перекрытия и внешней стены (теплоизолированный венок)	0.15	0,30
С внешней стороны, сопряжение теплоизолированной внешней стены и перекрытия	0,03	0,06
Сопряжение карниза, аттика	0,20	—
Сопряжение балконной плиты, лоджии с боковой стеной	0,25	0,50

У прочих тепловых мостов, когда план горизонталей внешней конструкции

— прерывается на полосе уже 10 см, k₁
= 0,25*к, а если он

— прерывается на полосе шире 10 см, k₁=0,5*k,

где k является коэффициентом теплопередачи, вычисленным для первоначального плана горизонталей

Под квалификацией помещений и застекленных поверхностей в соответствии с ориентации подразумевается следующее:

a) Северная ориентация — когда нормаль застекленной фасадной стены находится в пределах: 3-15°-С и С-75°-В, или при любой ориентации, если застекленная фасадная стена при этом находится в тени

b) Если застекленная стена не находится в тени:

Восточная (и западная) ориентация — когда нормаль застекленной фасадной стены находится в пределах: С-75°-В и В-30°-Ю (или Ю-60°-З и З-15°-С).

c) Юго-восточная (и юго-западная) ориентация — когда нормаль застекленной фасадной стены находится в пределах: В-30°-Ю и В-75°-Ю (или Ю-15°-3 и Ю-60°-3).

d) Южная ориентация — когда нормаль застекленной фасадной стены находится в пределах: В-75°-Ю и В-15°-3.

Проем во внешней стене считается находящимся в затененной области, когда в пределах угла, нарисованного в плоскости, лежащей горизонтально по отношению к нормали проема, верхний контур, карниз, конек крыши видны под углом более 25°(угол отмеряется от нормали фасада в вертикальной плоскости.

Горизонтальные пределы угла:

— при южной ориентации — 30° по обе стороны от нормали фасадной стены,

— при юго-восточной и юго-западной ориентации — нормаль фасадной стены и 45° от нее в южном направлении,

— при восточной и южной ориентации

-нормаль фасадной стены и 60° от нее в южном направлении.

Таблица 4

Внутренняя температура и относительная влажность воздуха, необходимые для теплотехнических расчетов стен здания в зимний период

Жилой дом из стеновых элементов YT0NG, при тонком облицовочном слое такое строение отвечает основным теплотехническим требованиям.

При определении пределов угла допускается погрешность в 20%. Причиной частичной инсоляции является тень, которую отбрасывают собственные части здания. Проем считается частично освещенным солнцем, если на внешней стене имеются архитектурные детали (лоджия, балкон, карниз, арка), которые отбрасывают тень на анализируемый проем (даже если они относятся к другому помещению).

Проем считается полностью освещенным солнцем, если на внешней стене нет архитектурных деталей, которые отбрасывают тень на застекленную поверхность. К этой категории относятся помещения, расположенные за внешней стеной, на которой имеются окна или французский балкон (рис. 1).

Рис. 1. Секторы ориентирования относительно инсоляции и ориентации здания

Установку и ориентацию застекленных поверхностей следует проводить на основе всего вышеизложенного. Анализируемая поверхность не будет затенена, если в данном пространственном углу нет строений или рельефных образований.

Если анализируемая поверхность находится в тени, которую отбрасывает строение или образование рельефа, тогда ее следует рассматривать как ориентированную на север.

Рекомендуется принимать во внимание эффект частичной затененности (например, на основании таблиц углов тени или диаграмм эклиптики Солнца).

Последствия возможной дальнейшей застройки можно учитывать на основании особенностей рельефа, нормативов, касающихся данного пояса, проектов благоустройства.

---

Читать дальше…