Проектирование систем ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ.

(пособие для проектировщиков, инженеров и студентов технических ВУЗов)

  1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
  2. ПАРАМЕТРЫ МИКРОКЛИМАТА И ОСНОВНЫЕТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМАМ ОТОПЛЕНИЯ
  3. СОСТАВ ПРОЕКТА ОТОПЛЕНИЯ И ЭТАПЫ ПРОЕКТИ-РОВАНИЯ И СОГЛАСОВАНИЯ ДОКУМЕНТАЦИИ
  4. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯСИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ
  5. ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ НАРУЖНОГО ИВНУТРЕННЕГО ВОЗДУХА
  6. ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО РАСЧЕТАОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ
    Общие принципы обеспечения теплозащиты стен
    Варианты расположения утеплителя вограждающих конструкциях
    Теплотехнический расчет ограждающих конструкций
    Примеры теплотехнического расчетаограждающих конструкций
  7. ТЕПЛОПОТЕРИ И ТЕПЛОПОСТУПЛЕНИЯ ПРОЕКТИРУЕМОГО ОБЪЕКТА
    Теплопотери и теплопоступления в жилых иобщественных зданиях
    Определение потерь тепла через полы
    Правила обмера ограждающих конструкций
    Теплопотери и теплопоступления в промышленных зданиях
    Особенности расчета теплопотерь в других странах
    Пример расчета теплопотерь
  8. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ПОМЕЩЕНИЙ
    Методика составления теплового баланса помещений
    Экспресс-методики определения теплопотерь итеплопоступлений в помещения
    Пример расчета теплового баланса
  9. ТЕПЛОВАЯ МОЩНОСТЬ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ И ТЕПЛОВАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЗДАНИЯ
    епловая мощность системы отопления
    Тепловая эффективность здания
    Пример составления энергетического паспорта
  10. СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯОсновные положения.
  11. ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ

11.1. Трубопроводы
11.2. Запорная арматура
11.3. Балансировочные вентили
11.4. Регуляторы расхода и давления
11.5. Нагревательные приборы
11.5.1. Виды нагревательных приборов
11.5.2. Способы установки нагревательных приборов
11.6. Основные требования к монтажу систем отопления
12. МЕТОДИКА И ПРИМЕРЫ РАСЧЕТАНАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ 138
12.1. Теплотехнический расчет нагревательных приборов 138
12.2. Примеры расчета нагревательных приборов 148
13. ВЛИЯНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ И КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ НАГРЕВАТЕЛЬНОГО ПРИБОРА НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ 161
13.1. Влияние расположения нагревательного прибора наформирование микроклимата помещения 161
13.2. Регулирование тепловой мощности отопительного приборатермостатическими клапанами 166
13.3. Гидравлические аспекты работы нагревательных приборов врегулируемых системах отопления 168
14. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ 177
14.1. Задачи и последовательность гидравлическогорасчета системы отопления 177
14.2. Определение диаметров трубопроводов на участках системы 178
14.3. Определение потерь давления на участках системы отопления 181
14.4. Гидравлическая увязка циркуляционных колец 184
14.5. Примеры гидравлического расчета 185
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ПРЕДИСЛОВИЕ
Жизнь современного человека немыслима без определенного уровня комфортности помещений. В сущности любое здание (как рукотворное так и естественное) нельзя рассматривать без инженерных систем. Появление таких направлений как энергосбережение в архитектуре, строительстве – яркое свидетельство этому. В то же время рассмотрение каких-либо вопросов отдельно, без комплексного анализа, не может решить проблемы качественного обеспечения комфортных условий (например, снижение температуры горячей воды в котлах, с одной стороны, уменьшает расход топлива, а с другой-уменьшает температурный напор в нагревательных приборах, что требует увеличения их площади, то есть увеличения капитальных затрат). Сама архитектура здания, его расположение, взаимодействие с расположенными рядом другими зданиями и сооружениями также оказывают влияние на работу инженерных систем. Строительные конструкции, многообразие систем выработки, транспортировки энергии, непосредственно работа систем отопления, неравномерность поступлений и потерь тепла, влаги в самих помещениях, их взаимовлияние – требуют рассмотрения хотя бы с точки зрения комфортности и энергосбережения.
Авторы не ставили своей целью решение и даже полный обзор таких глобальных проблем. В данной книге сделана попытка облегчить труд человека, сделавшего следующий шаг в эволюции – человека, занимающегося отоплением разумно – «homo sapiens heating». То есть, даны основы тепловых характеристик зданий и сооружений, методики расчетов систем отопления (по мере возможности примеры расчетов) и проблемы, возникающие при использовании разных методик, некоторые современные подходы к вопросам энергосбережения.
Проектирование систем отопленияАвторы выражают свою искреннюю благодарность фирме «HERZ Armaturen Ges.m.b.H.», её Генеральному директору, доктору Герхарду Глинцереру, а также техническому директору дочернего предприятия “ГЕРЦ Украина” Заседателеву И. В, доценту кафедры кондиционирования воздуха и механики жидкости одесской государственной строительной академии Олексовой Е.А., а также инженеру технического отдела фирмы “HERZ Armaturen” в Вене Строумофф В. И. за помощь при создании этой книги.

ВВЕДЕНИЕ

Человечеству нужна энергия, причем потребности в ней увеличиваются с каждым годом. Вместе с тем запасы традиционного ископаемого топлива (нефти, угля, газа и др.) конечны. Конечны также и запасы ядерного топлива – урана и тория. Практически неисчерпаемы запасы термоядерного топлива – водорода, однако управляемые термоядерные реакции пока не освоены, и неизвестно, когда они будут использованы для промышленного получения энергии в чистом виде, т.е. без участия в этом процессе реакторов деления. В связи с указанными проблемами становится все более необходимым внедрение энергосберегающих технологий.
В мировой энергетической структуре доля потребления природного газа, как основного энергоносителя для муниципальной энергетики, непрерывно возрастает и достигает в топливно-энергетическом балансе Украине 50%. В тоже время, работа теплоэнергетического комплекса, как единой системы, обеспечивающей развитие всего народного хозяйства страны, определяется в первую очередь эффективностью энергопотребления, что поставило проблему разработки, исследования и внедрения энергосберегающих технологий в ряд стратегических задач государства.
Данная проблема обостряется работой теплоэнергетики Украины в условиях недостатка природных топливных ресурсов. Создавшееся положение также вызвано дешевизной органического топлива до 1991 года, что способствовало разработке мероприятий по снижению капитальных, а не эксплуатационных затрат. После 1991 года по настоящее время энергосберегающие технологии получили значительное развитие в части снижения эксплуатационных затрат. При этом, увеличение тепловых потерь в трубопроводах вследствие физического устаревания теплотрасс способствовало децентрализации систем теплоснабжения, но уменьшение протяженности тепловых сетей и, соответственно, теплопотерь в них привело к уменьшению числа теплогенерирующих установок в котельных, то есть к снижению эффективности работы оборудования вследствие его работы в неоптимальных режимах практически на всем протяжении отопительного периода.
Современное состояние топливно-энергетических ресурсов, удорожание их добычи, требует эффективного использования получаемой энергии. Однако теплоэнергетическое оборудование установлено из расчета максимальных нагрузок, с небольшим запасом варьирования выработки тепловой энергии, что не обеспечивает эффективного использования топлива. Таким образом, эффективность использование энергоносителей определяется не только эффективностью выработки тепла и электрической энергии, но и сбалансированностью режимов выработки и потребления этой энергии.
Историю создания комфортных условий в условиях холодного периода можно начать либо с сотворения мира, либо с Прометея, первого пострадавшего за нерациональное использование тепловой энергии, либо с отопления пещер первобытными людьми. Однако до настоящего времени используемые средства не отличались ни разнообразием, ни энергосбережением, также они не были обременены экологическими требованиями, поэтому рассмотрение лучше начать с современной истории систем отопления. Развитие отопления в Украине исторически связано с развитием систем в России (радоваться или сожалеть об этом бесполезно, поскольку историю могут менять только сами историки).
Так в “Летописи” Российской академии наук за 1829 г. говорится, что «в 1736 г. начали строить в России кирпичные теперь употребляемые печи, изнутри топимые, которые под названием Русских распространились потом в Германии и Франции…. Сии печи, в кои количество дров кладется вдруг, суть для северного климата самые лучшие…» [1], что и подтверждает и известный французский специалист того времени Жоли в своей книге “Трактат по отоплению и вентиляции” [2].
Применение водяного пара для приготовления пищи и обогрева помещений в России приводятся в книге Н. А. Львова “Русская пиростатика”, вышедшей в 1799 г. [3]. С начала XIX столетия пар находит все большее применение как для обогрева теплиц, так и отопления помещений.
Системы же непосредственно водяного отопления появляются в России в первой половине XIX столетия, и первая из них была сконструирована и реализована в 1834 г. горным инженером П. Г. Соболевским [4]. Немного ранее (в 1831 г.) в Англии Перкенсом была предложена система отопления высокого давления (система П. Г. Соболевского была гравитационной). Первая же установка централизованного нагревания воздуха в водо-воздушной системе отопления и вентиляции двух больших залов объемом более 3000 м3 была применена в здании Петербургской Академии художеств.
В Древнем Риме использовалась система радиационного обогревания бань – гипокауст. Она описана у Витрувия, но редко находила использование в так называемых развитых странах по причинам сложности устройства, хотя в 17-18 в.в в Англии такие системы получили значительное распространение. В России системы лучистого отопления впервые были использованы в 1907 г. В. А. Яхимовичем в больнице железнодорожной станции Ртищево Саратовской губернии, а затем и в других больничных, школьных и общественных зданиях.
Во времена Советского Союза на развитие систем отопления, к сожалению, оказал влияние «идеологический принцип» – то есть победила точка зрения – «быстро, много и дешево», в ущерб качеству, поскольку топливо было не просто дешевое, а очень и очень дешевое. В тоже время многочисленные разработки действительно перспективных энергосберегающих систем только сейчас начинают либо вспоминать, либо преподносятся как новые. Развитие водяного отопления в те времена соответствовало тем или иным тенденциям строительного производства – от реконструкции существующих зданий и сооружений до строительства новых, не допускающих возможности любого отопительного ренессанса.
Так в 20-ые годы прошлого столетия в отопительной практике наиболее распространенными были двухтрубные системы водяного отопления, во многом ориентированные на местные источники теплоты. Тогда системы централизованного теплоснабжения только формировались. В 1927 г. появилась первая установка совмещенной выработки теплоты и электрической энергии применительно к отоплению, так называемых, “фонарных” бань в Ленинграде и снабжению электроэнергией близрасположенных зданий. В то же время и была сформирована политика на централизацию теплоснабжения.
В настоящее время, несмотря на многочисленное строительство «элитных» зданий с автономным теплоснабжением и переходе части потребителей на индивидуальное отопление, в крупных городах Украины по прежнему основным источником тепла являются ТЭЦ, АЭС и районные котельные. При этом наиболее распространены в жилых и общественных зданиях однотрубные системы водяного отопления , запроектированные до 1996 года (из-за того, что унифицированы, отоплении, как правило, имеют более низкую металлоемкость, и дешевый (в тот период времени) энергоноситель).
Когда речь идет об отоплении, как правило, подразумевается поддержание в помещениях, оснащенных отопительными системами, требуемого значения температуры воздуха. Однако температура воздуха tв является только одним из параметров окружающей среды, характеризующих ее качество. Вторым параметром всегда выступает температура окружающих поверхностей tr [6].
В принципе тепловой комфорт формируется не только этими двумя параметрами, но и рядом других факторов. Отопление отвечает за названные два параметра. Причем регулирование, то есть поддержание на требуемом уровне температуры tr методами и средствами отопления, возможно далеко не всегда в следствие изменения наружной температуры, теплопоступлений, воздухообмена в данном помещении. Известно, что в формулу для определения требуемого термического сопротивления ограждающих конструкций входит температура их внутренней поверхности, минимальное значение которой регламентируется нормами, исходя из гигиенических соображений. Однако не следует думать, что принятое в расчете значение остается постоянным в течение отопительного периода. Оно переменчиво и определяется многими факторами, учет которых сделал бы задачу определения tr трудно определимой [5].
После 1996 г. положение с выбором термического сопротивления ограждающих конструкций несколько улучшилось. Теперь его нормативная величина выросла более, чем в два раза, что уменьшает требуемую мощность системы отопления.
Необходимо отметить, что расчеты экономически целесообразной (с точки зрения теплотехники) ограждающей конструкции, «благодаря» дешевизне топлива, привели к преобладанию в недавнем прошлом в массовом строительстве легких малоинерционных, зато относительно дешевых, ограждений, теплотехнические недостатки которых сейчас призывают решить с помощью методов и средств регулирования работы систем отопления.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Системы отопления являются основным инструментом, позволяющим создавать и поддерживать тепловые комфортные условия в зданиях и сооружениях. В настоящее время к этим функциям добавилась функция управления параметрами микроклимата, что в совокупности с требованиями энергосбережения выводит на первую роль именно системы отопления.
Однако, обратной стороной расширения функций систем отопления явилось и их усложнение – как разница между арифмометром и современными ЭВМ, такое же различие между «классическими» системами водяного отопления и современными системами обеспечения микроклимата. По большому счету, это два совершенно различных объекта с одним и тем же предназначением.
Современные системы отопления имеют принципиально иной подход к регулированию – это не процесс наладки перед пуском с последующей работой в постоянном гидравлическом режиме, это системы с постоянно изменяющимся тепловым и гидравлическим режимами в процессе эксплуатации, что соответственно требует автоматизации систем для отслеживания этих изменений и реагирования на них. К примеру, изменение теплового режима зависит от способности терморегулятора изменять расход тепловой энергии на нагревательные приборы в системе отопления путем изменения гидравлического режима, что вызывает цепную реакцию других систем (либо терморегуляторов, что может вызвать как разрегулировку системы, так и выход из строя циркуляционного насоса, либо перегрузку системы электроснабжения).
Естественно, что классификация систем отопления также изменилась. Во всяком случае, представляется логичным введение новых признаков систем, отличающих системы с терморегулирующим оборудованием от классических.
Системы отопления можно разделить:
1. По радиусу действия – местные и центральные;
2. По виду циркуляции теплоносителя – естественные и искусственные (насосные);
3. По типу теплоносителя – воздушные, водяные, паровые, электрические, комбинированные;
4. По способу разводки – с верхней, нижней, комбинированной, горизонтальной, вертикальной;
5. По способу присоединения приборов – однотрубные, двухтрубные, комбинированные;
6. По типу применяемых приборов – конвекционные, лучистые, конвекционно-лучистые;
7. По ходу движения теплоносителя в магистральных трубопроводах – тупиковые и попутные;
8. По гидравлическим режимам – с постоянным и изменяемым режимом.
9. По величине перепада температур в подающей и обратной магистрали – бифилярные системы.
10. По времени работы – постоянно работающие на протяжении отопительного периода и периодические (в том числе и аккумуляционные) системы отопления.
Все эти признаки системы в реальности, как правило, смешиваются – например, водяная система с нижней разводкой, тупиковая, с изменяемой гидравликой, с нагревательными приборами – конвекторами, электрическая – прямого действия и воздушная или водяная системы отопления.

Основные единицы измеряемых величин
Для измерения тепловых величин используются градус Кельвина, °К – единица термодинамической температуры, равная 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды. Также используется стоградусная международная температурная шкала Цельсия, °С.
Количество тепловой энергии измеряется в Джоулях, Дж. В технике часто используется калория, кал. Соотношение между величинами следующее:
1 кал = 4,1868 Дж.
Единицей измерения мощности или потока энергии является Ватт, Вт. Переход от количества теплоты к мощности: 1 Вт= 1 Дж/с.
Давление измеряется в Паскалях, однако в настоящее время широко используются мм.вод.ст., бар, мм.рт.ст.
Расход может быть весовым (кг/с, кг/ч) или объемным – измеряется в м3/с, м3/ч, л/с, л/мин, л/ч. Переход от весового расхода к объемному – выполняется делением на плотность среды.

Основные понятия система отопления – комплекс взаимосвязанных устройств, объединенных в систему для восполнения тепло недостатков в холодный период года; энергосбережение – реализация правовых, организационных, научных, производственных, технических и экономических мер, направленных на эффективное использование энергетических ресурсов и на вовлечение в хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии; энергосберегающая политика государства – правовое, организационное и финансово-экономическое регулирование деятельности в области энергосбережения; энергетический ресурс – носитель энергии, который используется в настоящее время или может быть полезно использован в перспективе; вторичный энергетический ресурс – энергетический ресурс, получаемый в виде побочного продукта основного производства или являющийся таким продуктом; эффективное использование энергетических ресурсов – достижение экономически оправданной эффективности использования энергетических ресурсов при существующем уровне развития техники и технологий и соблюдении требований к охране окружающей природной среды; показатель энергоэффективности – абсолютная или удельная величина потребления или потери энергетических ресурсов для продукции любого назначения, установленная государственными стандартами; непроизводительный расход энергетических ресурсов – расход энергетических ресурсов, обусловленный несоблюдением требований, установленных государственными стандартами, а также нарушением требований, установленных иными нормативными актами, технологическими регламентами и паспортными данными для действующего оборудования; возобновляемые источники энергии – энергия солнца, ветра, тепла земли, естественного движения водных потоков, а также энергия существующих в природе градиентов температур; альтернативные виды топлива – виды топлива (сжатый и сжиженный газ, биогаз, генераторный газ, продукты переработки биомассы, водоугольное топливо и другие), использование которого сокращает или замещает потребление энергетических ресурсов более дорогих и дефицитных видов; отопительным прибором называют устройство, предназначенное для передачи тепла от теплоносителя к воздуху и ограждающим конструкциям отапливаемого помещения; объектом государственного регулирования в области энергосбережения являются отношения, возникающие в процессе деятельности, направленной на: эффективное использование энергетических ресурсов при их добыче, производстве, переработке, транспортировке, хранении и потреблении; осуществление государственного надзора за эффективным использованием энергетических ресурсов;

развитие добычи и производства альтернативных видов топлива, способных заменить энергетические ресурсы более дорогих и дефицитных видов; создание и использование энергоэффективных технологий, топлива, энергопотребляющего и диагностического оборудования, конструкционных и изоляционных материалов, приборов для учета расхода энергетических ресурсов и контроля за их использованием, систем автоматизированного управления энергопотреблением; обеспечение точности, достоверности и единства измерения в части учета отпускаемых и потребляемых энергетических ресурсов.
* усложнение систем отопления (применение регулирования не только качественного (по температуре теплоносителя), но и количественного (изменение расхода теплоносителя) вызвано необходимостью энергосбережения, что увеличивает стоимость таких систем (как капитальных, так и эксплуатационных затрат), но закон сохранения еще не отменен, поэтому увеличение капитальных вложений снижает затраты на эксплуатацию системы отопления и с учетом удорожания энергоносителей таки приводит к экономии.

1. ПАРАМЕТРЫ МИКРОКЛИМАТА И ОСНОВНЫЕбТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМАМ ОТОПЛЕНИЯ
Современная методология проектирования систем отопления основана на расчетах тепловых балансов здания для характерных периодов года. Для Украины этими периодами года являются: наиболее холодная пятидневка, отопительный период, расчетный год. В этом случае оптимизация теплоэнергетического воздействия наружного климата на тепловой баланс здания за счет выбора его формы и ориентации даст следующие результаты [5,6]:
– для наиболее холодной пятидневки – снижение установочной мощности системы отопления;
– для отопительного периода – снижение затрат теплоты на отопление;
– для расчетного года – снижение затрат энергии на обогрев и охлаждение здания.
В общем случае оптимизировать теплоэнергетическое воздействие наружного климата на тепловой баланс здания можно для любого характерного периода времени.
В традиционном понимании оптимизация теплозащиты наружных ограждающих конструкций зданий – это метод вычисления толщины теплоизоляции конструкции “по минимуму приведенных затрат”. Приведенные затраты в общем случае включают в себя два показателя: затраты на производство конструкций (единовременные затраты) и затраты на их использование (эксплуатационные затраты). Расчет теплоизоляции “по минимуму приведенных затрат” является объективным методом, признанным во всем мире, но содержит в своей сущности скрытую опасность, отражающую объективную реальность существующей в стране экономической ситуации, которая может явиться непреодолимым препятствием реализации метода на практике. [5,6]. Это связано с использованием в методе показателей стоимости энергии и материалов.
К наружным ограждающим конструкциям предъявляется в общем случае достаточно большое количество требований. Высокий уровень теплозащиты в холодный период в условиях теплопередачи, близкой к стационарному режиму, высокий уровень теплоустойчивости в теплый и холодный периоды в условиях теплопередачи, близкой к периодическому режиму, низкая энергоемкость внутренних слоев при колебаниях теплового потока внутри помещения, высокая степень воздухонепроницаемости, низкая влагоемкость и т.д.
То есть задачей проектирования и расчета является определение двух взаимосвязанных показателей: количества энергии и способа ее распределения (раздачи). По существу, речь идет о том, чтобы рассчитать и запроектировать такую систему управления расходом и распределением энергии, чтобы обеспечить при использовании ее минимальный расход [7]. На начальном этапе суть решения такой задачи состоит в том, что время разогрева помещения должно быть минимизировано. Если иметь в виду, что реальное помещение есть совокупность теплоемких ограждающих конструкций и теплоемкого внутреннего оборудования (мебели), то процесс нагрева предполагает повышение температуры всей совокупности элементов помещения, то есть ограждающих конструкций и оборудования. Элементы высокой тепловой аккумуляции потребуют большего времени на разогрев. Следовательно, минимизация времени разогрева помещения достигается минимизацией времени разогрева элементов высокой тепловой аккумуляции. Можно сразу указать два простых случая: время разогрева помещения будет стремиться к минимуму, если внутренние поверхности ограждающих конструкций имеют низкие значения коэффициента теплоусвоения материалов, а также если имеет место высокая интенсивность конвективного теплообмена между внутренним воздухом и внутренними поверхностями ограждающих конструкций. Оптимальный результат достигается, если совпадают оба случая [6]. При этом энергосберегающие решения зданий, рассматриваемые при проектировании систем отопления, включают в себя следующие мероприятия [6]: тепловая защита здания: утепление стен, покрытия, потолков подвалов, замена оконных заполнений, балконных и входных дверей; реконструкция тепловых вводов в здание с установкой приборов учета, контроля и регулирования расхода энергоносителей; переход от систем отопления с постоянным гидравлическим режимом к системам с регулируемым гидравлическим режимом;

модернизация систем вентиляции с устройством отбора и повторного использования теплоты; реконструкция систем горячего водоснабжения с установкой счетчиков расхода воды и дискретно регулирующей запорной арматуры.
Таким образом, в качестве задач, которые должны решаться с помощью систем отопления можно указать:
1. Система отопления должна возмещать потери тепла помещения через все его ограждающие конструкции;
2. Система отопления должна независимо от колебаний наружной температуры поддерживать внутри помещения установленную температуру;
3. Температура внутреннего воздуха должна быть возможно равномерной как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях (по горизонтали разница температур не должна превышать 2 °С, по вертикали – 1 °С на 1 метр высоты помещения);
4. Внутренние поверхности должны иметь температуру, приближающуюся к температуре воздуха в помещении и обеспечивать минимальное время нагрева элементов высокой тепловой аккумуляции;
5. Система отопления должна обеспечивать достижение максимального теплоиспользования в течение всего отопительного периода.
Кроме требований, необходимых для решения указанных задач, к системам отопления предъявляется ряд дополнительных требований:
а) санитарно-гигиенические;
б) технико-экономические;
в) архитектурно-строительные;
г) монтажно-эксплуатационные;
д) эстетические.
Наиболее важными являются санитарно-гигиенические и монтажно-эксплуатационные требования, которые обуславливаются необходимостью поддерживать заданную температуру в помещениях в течение отопительного сезона. По этому показателю преимущество перед другими видами имеют воздух и вода, так как при использовании горячего воздуха можно постоянно поддерживать равномерной температуру каждого отдельного помещения путем быстрого изменения его температуры, а при использовании воды, поддерживать равномерную температуру помещения путем регулирования подаваемой в отопительные приборы воды с помощью термических регуляторов и регуляторов расхода теплоносителя в стояках. Важным санитарно-гигиеническим требованием является также ограничение температуры на поверхности нагревательных приборов, так как при температуре свыше 60 °C начинается разложение, и сухая возгонка органической пыли в помещении с их поверхности. В связи с этим, наиболее неблагоприятными являются системы отопления с теплоносителями пар и электровоздухонагреватели.
Технико-экономические требования – это простота устройства системы, наименьший расход материалов и трудовых затрат при монтаже и эксплуатации.
Архитектурно-строительные и эстетические требования сводятся к тому, чтобы отдельные элементы отопительных установок не нарушали внешнего архитектурного облика и дизайн здания, гармонировали с внутренней отделкой помещений и не занимали излишних площадей. Необходимо также учитывать теплотехнические характеристики здания, его геометрию.
* современная система отопления должна не только восполнять теплопотери, но и своевременно реагировать на возможные теплопоступления в помещение (например, присутствие1 взрослого человека почти равноценно 1 секции чугунного радиатора), при этом повышаются требования к распределению тепла в объеме помещения, что возможно только при учете взаимодействия системы отопления с ограждающими конструкциями и их температурным режимом.

2. СОСТАВ ПРОЕКТА И ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И СОГЛАСОВАНИЯ ДОКУМЕНТАЦИИ
Проектирование объектов осуществляется с соблюдением действующего законодательства [22] Украины на основании исходных данных. Исходные данные для выполнения проектных работ на соответствующей стадии заказчик предоставляет к началу выполнения проектно-изыскательских работ. Проектные и изыскательские работы выполняются на основании договоров (контрактов), заключенных между заказчиками и проектировщиками. Договор – основной организационно-правовой документ, который регламентирует взаимоотношения между заказчиком и проектировщиком. Договор можно заключать на выполнение предпроектных работ, комплекса проектных работ, изыскательских работ, отдельных стадий и разделов проекта.
В состав исходных данных входит:
• архитектурно-планировочное задание;
• технические условия относительно инженерного обеспечения объекта;
• задание на проектирование и другие.
Архитектурно-планировочные задания и технические условия относительно инженерного обеспечения объекта предоставляются заказчику в порядке, который установлен Постановлением Кабинета Министров Украины от 20.12.99 No 2328. Задание на проектирование заказчик составляет сам или поручает проектировщику.
Технические условия должны предусматривать исключительно те работы и в тех объемах, которые необходимы для осуществления инженерного обеспечения проектируемого объекта.
Технические условия могут предусматривать работы по строительству дополнительных объектов, расширение или реконструкции системы соответствующих инженерных сетей населенного пункта в случае, если эти условия и работы необходимы для присоединения объекта к соответствующим инженерным сетям и коммуникациям.
Заказ на проектирование объекта проектировщик получает через заказчика или по итогам архитектурного конкурса или торгов (тендеров), порядок проведения которых установлен действующим законодательством.
Проектирование может выполняться:
• в одну стадию – рабочий проект (РП), который включает рабочие черчения для выполнения строительно-монтажных работ;
• в две стадии – для объектов гражданского назначения – эскизный проект (ЭП), а для объектов производственного назначения – технико-экономический расчет (ТЭР) и рабочая документация (Р).
Согласованию с заинтересованными организациями и утверждению инвестором подлежат РП при одностадийном проектировании или ЭП или ТЭР – при двухстадийном проектировании.
Для технически сложных объектов относительно градостроительных, архитектурных, художественных и экологических требований, технологии, инженерного обеспечения, внедрения новых строительных конструкций и материалов, проектирование выполняется в три стадии:
• для объектов гражданского назначения – ЭП, а для объектов производственного назначения – технико-экономическое обоснование (ТЭО);
• П;
• Р.
Согласованию и одобрению заказчиком подлежат ЭП или ТЭО.
Проект подлежит согласованию и утверждению инвестором.
В случае проектирования технически сложных комплексов производственных объектов утверждению подлежит ТЭО комплекса и П отдельных производственных объектов.
Заказчик имеет право поручить проектировщикам выполнить предпроектные разработки относительно размещения объекта на любой территории без специальных разрешений и согласований (за исключением зон с особым режимом). Такие предпроектные разработки не могут являться стадией проектирования и подлежат только рассмотрению и одобрению заказчиком и органами градостроительства и архитектуры. Состав и объем этих работ определяются соответствующим контрактом (договором).

соответствие архитектурным и градостроительным требованиям и высокое качество;
• соответствие действующим нормативным документам, а при отклонении от них выполнять согласование в установленном порядке;
• защиту окружающей природной среды, экологическую безопасность и рациональное использование природных ресурсов;
• соответствие требованиям энергосбережения;
• эксплуатационную надежность и безопасность;
• эффективность инвестиций;
• патентоспособность и патентную чистоту технических решений и примененного оборудования;
• соответствие всех проектных решений исходным данным и разрешительным документам.
ЭП, ТЭО, ТЭР, П и РП должны подписываться:
Титульный лист пояснительной записки:
• руководитель организации;
• главный инженер, главный архитектор организации;
• главный архитектор и главный инженер проекта.
Разделы пояснительной записки:
• авторы разделов проекта;
• исполнитель.
Чертежи:
• главный архитектор (инженер) проекта;
• руководитель проектного подраздела;
• главный специалист;
• авторы проекта (кроме ГАП и ГИП);
• исполнители;
• нормоконтроль.
При разработке документации разными исполнителями каждый из них подписывает титульный лист соответственно контракта.
Состав подписей может уточняться в зависимости от состава и структуры проектной организации.
В объяснительной записке должны быть отображены фамилии участников проектирования по каждому разделу проекта, а в случае наличия субподрядчиков – названия фирм или физических лиц субподрядчиков. Проектная документация, расчеты, исходные данные для проектирования и материалы экспертизы подлежат архивному сохранению проектной организацией согласно действующим положениям и правилам.
ЭСКИЗНЫЙ ПРОЕКТ (ЭП)
Стадия ЭП разрабатывается для концептуального определения требований к градостроительным, архитектурным, художественным, экологическим и функциональным решеням объекта, принципиального подтверждения возможности создания объекта гражданского назначения.
В составе ЭП для обоснования принятых решений в соответствии с задачей заказчика могут дополнительно выполняться инженерно-технические разработки, схемы инженерного обеспечения объекта, расчеты сметной стоимости и обоснование эффективности инвестиций.
ЭП разрабатывается на основании задачи на проектирование и исходных данных.
Материалы эскизного проекта передаются заказчику в четырех экземплярах.

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ (ТЭО),
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ (ТЭР)
Стадия ТЭО (ТЭР) разрабатывается для объектов производственного назначения, которые нуждаются в детальном обосновании соответствующих решений и определение целесообразности строительства объекта.
ТЭР применяется для технически сложных объектов производственного назначения и разрабатываются на основании задачи на проектирование и исходных данных.
ТЭО (ТЭР) обосновывает мощность производств, номенклатуру и качество продукции, если они не заданы директивно, кооперации производства, обеспечение сырьем, материалами, полуфабрикатами, топливом, электро- и теплоэнергией, водой и трудовыми ресурсами, включая выбор конкретного участка для строительства, расчетную стоимость строительства и основные технико-экономические показатели.
При подготовке ТЭО (ТЭР) должна осуществляться всесторонняя оценка влияния на состояние окружающей среды (ОВОС); материалы ОВОС, оформленные в виде специальной части (раздела) документации, являются обязательной частью ТЭО (ТЭР).
В ТЭО (ТЭР) должны рассматриваться соответствие его решений архитектурным, энергосберегающим и другим требованиям согласно задаче на проектирование.
ТЭО (ТЭР) после согласования или утверждения в установленном порядке, является основанием для разработки следующей стадии проектирования.
ПРОЕКТ (П)
Стадия П разрабатывается для определения градостроительных, архитектурных, художественных, экологических, технологических, инженерных решений объекта, сметной стоимости строительства и технико-экономических показателей.
Проект разрабатывается на основании задачи на проектирование, исходных данных и результатов предыдущих стадий проектирования.
Разделы проекта необходимо подавать в четкой и лаконичной форме без чрезмерной детализации в составе и объеме, достаточном для обоснования проектных решений, определения объемов основных строительно-монтажных работ, нужд в оборудовании, строительных конструкциях, материальных, топливно-энергетических, трудовых и других ресурсах, положений из организации строительства, а также определения сметной стоимости строительства.
В состав проектной продукции, которая передается заказчику, не входят инженерно-технические, технико-экономические, экологические и другие расчеты, материалы проектов-аналогов, а также материалы инженерных изысканий. Эти материалы сохраняются у проектировщика согласно требованиям нормативных документов и могут быть предоставлены заказчику по его требованию в виде копий при условии оплаты услуг за размножение или экспертному органу во временное пользование по его требованию.
Материалы проекта в полном объеме передаются заказчику генеральным проектировщиком в четырех экземплярах, субподрядным проектировщиком – генеральному проектировщику в пяти экземплярах.
РАБОЧИЙ ПРОЕКТ (РП)
Стадия РП разрабатывается для определения градостроительных, архитектурных, художественных, экологических, технологических, инженерных решений объекта, расчетной стоимости строительства, технико-экономических показателей и выполнения строительно-монтажных работ (рабочие чертежи).
Применяется для технически сложных объектов, а также объектов с использованием проектов массового применения.
РП разрабатывается на основании задачи на проектирование и исходных данных. РП является интегрирующей стадией проектирования и состоит из двух частей – пояснительной и рабочих чертежей. пояснительная часть подлежит согласованию, экспертизе и утверждению, рабочие чертежи разрабатываются для строительства объекта. Пояснительная часть состоит из объяснительной записки, выполненной в сокращенном относительно проекта объеме, сметной документации, раздела организации строительства и чертежей.
РАБОЧАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ (Р)
Стадия Р разрабатывается для выполнения строительно-монтажных работ. Р разрабатывается на основании утвержденной предыдущей стадии.
В состав Р должны входить рабочие чертежи, которые разрабатываются согласно требованиям государственных стандартов – комплекса А.2.4 “Система проектной документации для строительства” (СПДБ).
Рабочие чертежи, сметная документация, спецификации оборудования изделий и материалов, чертежи трубопроводов, воздуховодов, а также проектная документация на строительство объектов передаются заказчику в четырех экземплярах.
Рабочие чертежи проекта массового или повторного применения, по которым на одной площадке должно осуществляться строительство нескольких одинаковых домов или сооружений, передаются в четырех экземплярах лишь для одного из этих объектов, а для других – по два экземпляра. Документация на изменяемую часть передается заказчику в полном объеме на каждый дом или сооружение.
СОГЛАСОВАНИЕ, ЭКСПЕРТИЗА И УТВЕРЖДЕНИЕ
ПРОЕКТНОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ
ЭП, ТЭО, ТЭР, П, РП согласовываются с местными органами градостроительства и архитектуры, а также с другими организациями соответственно местных правил застройки относительно архитектурно-планировочных решений, размещения, рационального использования территории, соответствия предусмотренных решений архитектурно-планировочным требованиям, действующей градостроительной документации.
На стадии “П”, “РП” проходят согласование сети инженерных коммуникаций.
ТЭО, ТЭР, а при их отсутствии П или РП новых объектов производственного назначения независимо от подчинения и форм собственности подлежат согласованию с территориальной организацией по строительству относительно выбора земельного участка для строительства и кооперации относительно источников снабжения и инженерных коммуникаций согласно требованиям ДБН А.2.3-1.
Проектная документация, разработанная согласно действующим нормативным документам, не подлежит согласованию с органами государственного надзора за исключением случаев, предусмотренных законодательством Украины.
При отсутствии норм и правил на проектирование предложенные проектные решения необходимо согласовывать с соответствующими органами государственного надзора.
Документация, которая выполнена с обоснованными отклонениями от действующих государственных нормативных документов, подлежит согласованию в части этих отклонений с органами, которые их утвердили.
Проектировщик несет ответственность за качество проектных решений и соблюдение действующих нормативных документов соответственно действующему законодательству.
Проект в стадии Р согласовывается в части инженерных сетей с местными эксплуатационными службами исполнительных органов местного самоуправления. Согласование проектных решений организациями, определенными действующим законодательством, управлениями градостроительства и архитектуры и инженерными службами осуществляются в одной инстанции указанного органа в срок до 15 дней, если законодательными и другими нормативными актами не предусмотрены другие сроки.

ЭП, ТЭО, ТЭР, П, РП (за исключением рабочей документации) до их утверждения подлежат обязательной комплексной государственной экспертизе согласно действующему законодательству независимо от источников финансирования строительства (Постановление Кабинета Министров от 11.04.02 No 483).
Комплексная государственная экспертиза проводится службами Укринвестэкспертизы с привлечением представителей органов государственного надзора по вопросам санитарно-эпидемиологического благополучия населения, экологии, пожарной безопасности, охраны работы и энергосбережения. Перечень объектов, утверждение проектов которых не нуждается в выводе комплексной государственной экспертизы, определяется Госстроем Украины. Проектная документация (ЭП, ТЭО, ТЭР, П, РП) утверждается при наличии положительного вывода комплексной государственной экспертизы.
Утверждение фиксируется в официальном документе в форме приказа (распоряжение или решение).
Утверждение проектной документации инвестором (заказчиком) является фактом принятия под его полную ответственность решений, предусмотренных в документации.
* выполнение проекта согласно действующих нормативов и утверждение его в соответствующем порядке значительно увеличивает вероятность нормальной работы системы отопления, тем более, что за работоспособность системы отвечает проектировщик.

3. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯСИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ
Исходные данные для проектирования являются краеугольным камнем самого проекта.
Для выполнения проекта по отоплению здания необходимо получить следующие данные:
1. Географическое расположение объекта;
2. Функциональное назначение объекта;
3. Характеристика здания (как архитектурно-строительного сооружения) и его геометрия;
4. Ориентация здания по сторонам света;
5. Режим работы;
6. Основные вредности, выделяющиеся в здании;
7. Вид и параметры теплоносителя, способ теплоснабжения.
Геометрическая форма здания оказывает существенное влияние на расходы энергии. В [21] был введен геометрический критерий компактности здания в виде отношения площади ограждающей оболочки здания к замкнутому в нее объему. Такой же показатель используется в нормах Германии с 1975 г.
Критерий, характеризующий форму здания, Λк буд , определяется по формуле [29]:
Λк буд = FΣ/Vh, (3.1)
где:
FΣ – общая площадь внутренних поверхностей внешних ограждающих конструкций, включая покрытие (перекрытие) верхнего этажа и перекрытие (подвала) нижнего отапливаемого помещения, м2;
Vh – отапливаемый объем здания, равный объему, ограниченному внутренними поверхностями внешних ограждающих конструкций домов, м3.
Необходимое снижение расхода энергии за счет геометрии здания будет обеспечено при условии не превышения данного критерия:
0,25 – для зданий 16 этажей 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 2-, 3- и 4-этажных блокированных и секционных домов соответственно;
0,9 – для 2- и 1 -этажных домов с мансардой;
1,1 – для 1 -этажных домов.

Пример этапов разработки проекта по отоплению
ЭТАПЫ ВЫПОЛНЯЕМЫХ РАБОТ ПО РАЗРАБОТКЕ ПРОЕКТА
ОТОПЛЕНИЯ
1. Исходные данные для проектирования и анализ существующей системы отопления:
а) Натурные обмеры помещений;
б) Спецификация помещений проектируемых зданий – выполняются исполнителями работ путем натурных замеров и информации заказчика;
в) Обследование существующей системы отопления (по зданиям);
г) Анализ и предложения по модернизации или использованию существующей системы отопления зданий;
д) Обследование существующей системы горячего водоснабжения (по зданиям);
е) Анализ и предложения по модернизации или использованию существующей системы горячего водоснабжения зданий.
Результаты выполненных работ – планы зданий в объеме, необходимом для проектирования системы отопления (для внутреннего пользования).
2. Расчет и проектирование систем отопления и кондиционирования выполняется согласно СНиП 2.04.05-91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» и изменений к СНиП No1 , No2 и включает следующие этапы:
а) Теплотехнический расчет ограждающих конструкций;
б) Расчет основных и дополнительных теплопотерь и теплопоступлений;
в) Определение трассировки и согласование с заказчиком принципиальной схемы системы отопления;
г) Гидравлический расчет системы отопления;
д) Подбор оборудования системы отопления (диаметров труб, запорно-регулирующей арматуры);
е) Выбор и расчет требуемого количества нагревательных приборов.
3. Заказчику передается следующая техническая документация:
а) Планы этажей зданий (по необходимости – разрезы, фрагменты) с системами отопления;
б) Аксонометрические схемы системы отопления;
в) Спецификация основного оборудования систем отопления.
* грамотный выбор исходных данных пусть и не гарантирует правильность самого проекта, но позволяет уменьшить вероятность появления ошибок, а состав технического задания позволяет выполнять только те работы, которые вошли в техническое задание, а не возникающие в процессе работы пожелания заказчика или перерасчет проекта из-за изменений исходных данных (например, изменения планировки или функционального назначения помещений).

4. ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ НАРУЖНОГО И ВНУТРЕННЕГО ВОЗДУХА
Параметры микроклимата при отоплении помещений (кроме помещений, для которых метеорологические условия установлены другими нормативными документами) следует принимать [9, 10, 13, 14, 23] для обеспечения метеорологических 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;
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. 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 °С) 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 °С – в жилых помещениях; 12 °С – в общественных и административно-бытовых помещениях и 5 °С – в производственных помещениях, при необходимости обеспечить восстановление нормируемой температуры к началу использования помещения или к началу работы.
Скорость движения воздуха нормируется – в пределах допустимых норм.
Параметры микроклимата или один из параметров допускается принимать в пределах оптимальных норм вместо допустимых, если это экономически обосновано или по заданию на проектирование.
Для производственных помещений с полностью автоматизированным технологическим оборудованием, функционирующим без присутствия людей (кроме дежурного персонала, находящегося в специальном помещении и выходящего в производственное помещение периодически для осмотра и наладки оборудования не более двух часов непрерывно), при отсутствии технологических требований к температурному режиму помещений температуру воздуха в рабочей зоне следует принимать для холодного периода года и переходных условий при отсутствии избытков теплоты – 10 °С.
В помещениях при лучистом отоплении и нагревании (в том числе с газовыми и электрическими инфракрасными излучателями) или охлаждении постоянных рабочих мест температуру воздуха следует принимать по расчету, обеспечивая температурные условия (результирующую температуру помещения), эквивалентные нормируемой температуре воздуха в обслуживаемой (рабочей) зоне помещения.
Заданные параметры микроклимата и чистоту воздуха в помещениях жилых, общественных, административно-бытовых и производственных зданий следует обеспечивать в пределах расчетных параметров наружного воздуха для соответствующих районов строительства по [9, 10, 13, 14] –для параметров Б – для систем отопления для холодного периода года.
Условия эксплуатации ограждающих конструкций А или Б выбираются по табл. 4.1 в зависимости от относительной влажности воздуха в помещениях и сухой зоны влажности строительства.

Условия эксплуатации ограждающих конструкций
Относительная влажность внутреннего воздуха, %,
при температуре
Режим
помещения
Условия эксплуатации А и Б в зонах влажности района строительства
до 12 °С
> 12 до 24 °С
сухой
нормальный
До 60
До 50
А
А
> 60 до 75
> 50 до 60
Нормальный
А
Б
> 75
> 60 до 75
Влажный
Б
Б

> 75
Мокрый
Б
Б
Выбор расчетных параметров внутреннего воздуха производится для каждого периода года, в зависимости от категории работ, выполняемых в данном помещении.
Согласно требований СНиП 2.04.05.91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» [8] и изменений к нему, в холодный период года к расчету принимаются минимальные температуры из допустимых, а в теплый – максимальные.
Содержание пыли и газов в воздухе рабочей зоны должно быть ниже санитарных норм, указанных в ГОСТ 12.1.005-88 [23] и СН 245-71. По воздействию на человека различают следующие классы опасности веществ:
1 – чрезвычайно опасные;
2 – высокоопасные;
3 – умеренно опасные;
4 – малоопасные.
Содержание пыли и газов в приточном воздухе, подаваемом в помещение, не должно превышать 30 % от предельно-допустимых концентраций в воздухе рабочей зоны для данного вещества.
В случае превышения этих норм в проекте предусматривается очистка приточного воздуха.
Таблица 4.2.
Допустимые нормы температуры, относительной влажности и
скорости движения воздуха в жилых, общественных и
административно-бытовых помещениях
Период года
Температура воздуха, °С
Относительная влажность воздуха, %, не более
Скорость движения воздуха, м/с, не более
Теплый
Не более чем на 3 °С выше расчетной температуры наружного воздуха (параметры А)*
65***
0,5
Холодный и переходные условия
18** – 22
65
0,2
* 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 (параметры А) 25 °С и выше.
** Не ниже 14 °С – для общественных и административно-бытовых помещений с пребыванием людей в уличной одежде.
*** Допускается принимать до 75 % в районах с расчетной относительной влажностью воздуха более 75 % (параметры А).
Примечание. Нормы установлены для людей, находящихся в помещении более 2 ч непрерывно.
Необходимо отметить, что в Российской Федерации вместо обычной температуры введено понятие интегрированной тепловой нагрузки [24], где используется индекс тепловой нагрузки среды, который определяется на основе величин температуры смоченного аспирационного психрометра (tвл) и температуры внутри зачерненного шара (tш).
ТНС = 0,7  tвл + 0,3  tш (4.1)
При этом приведены рекомендованные величины интегрального показателя тепловой нагрузки среды в зависимости от категории тяжести выполняемых работ. Кроме того, приведено время пребывания на рабочих местах при температуре выше и ниже допустимых величин. Такое нормирование с одной стороны способствует поддержанию нормального состояния организма человека, а с другой стороны позволяет (в пределах этих норм) производить понижение температуры воздуха, что позволяет получить и энергосберегающий эффект.

5. ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО РАСЧЕТАОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ
5.1. Общие принципы обеспечения теплозащиты стен
Повышение теплозащитных качеств ограждающих конструкций заключается в увеличении их сопротивления теплопередачи до нормативных значений, действующих в настоящее время. Это достигается утеплением стен теплоизоляционными материалами, которые должны защищаться от наружных воздействий защитно-декоративным слоем, способным при необходимости сохранить или улучшить архитектурно-художественный облик здания или помещения.
В практике устройства дополнительной теплозащиты стен существует два основных способа ее расположения: с наружной или внутренней стороны стены. Иногда встречается конструктивно-технологическое решение устройства теплозащиты зданий с расположением утеплителя с наружной и внутренней стороны стены одновременно.
Конкретный вариант расположения теплозащиты устанавливается на основе анализа всех возможных способов ее устройства с учетом их достоинств и недостатков.
Вариант с расположением теплоизоляционного материала на внутренней поверхности стены обладает следующими достоинствами:
– теплоизоляционный материал, как правило, не имеющий достаточной способности к сопротивлению воздействиям внешней среды, находится в благоприятных условиях и, следовательно, не требуется его дополнительная защита;
– производство работ по устройству теплозащиты может идти в любое время года независимо от способа крепления.
К недостаткам расположения теплозащиты со стороны помещения относятся:
– уменьшение площади помещения за счет увеличения толщины стены;
– необходимость устройства, с целью исключения выпадения конденсата, дополнительной теплозащиты в местах опираний на стены плит перекрытий и в местах примыкания к наружным стенам внутренних стен и перегородок;
– необходимость защиты теплоизоляционного материала и стены от увлажнения путем устройства пароизоляционного слоя перед теплоизоляционным материалом;
– невозможность защитить стыки крупнопанельных зданий от протечек;
– сложность устройства теплоизоляции в местах расположения приборов отопления, а также в пределах толщины пола.
Следует отметить, что в большинстве случаев устройство дополнительной теплоизоляции с внутренней стороны стены производится на стадии реконструкции с полной заменой санитарно-технического оборудования и конструкций пола. Поэтому, последний недостаток данного способа является менее существенным по сравнению с остальными.
Вариант расположения теплозащиты с наружной стороны стены обладает следующими достоинствами:
– создание защитной термооболочки, исключающей образование теплопроводных включений;
– исключение необходимости устройства пароизоляционного слоя;
– возможность защитить стыки крупнопанельных зданий от атмосферных воздействий;
– создание нового архитектурно-художественного облика здания;
– возможность одновременно с устройством теплоизоляции исправлять дефекты стены;
– расположение хорошо аккумулирующего тепло материала стены в зоне положительных температур. Это повышает тепловую инерцию ограждения и способствует улучшению ее теплозащитных качеств при нестационарной теплопередаче, а также сохранению следующих преимуществ высоких теплоаккумулирующих качеств стены: кратковременные притоки холодного воздуха (при каждом открывании окон и дверей) не приводят к быстрому охлаждению помещения; снижается влияние температурных колебаний наружного воздуха на внутренний климат помещения;

ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

– при устройстве теплоизоляции с наружной стороны стены не уменьшается площадь помещений;
– отсутствуют вопросы, связанные с устройством теплоизоляции в местах расположения приборов отопления и в пределах толщины пола.
Существенными недостатками этого варианта является необходимость устройства по теплоизоляции надежного защитного слоя, а также использование при выполнении работ дорогостоящих средств подмащивания.
Устройство теплозащиты с наружной и внутренней стороны стены одновременно в настоящее время не используется, так как данный способ обладает большой трудоемкостью работ.
Конструкция дополнительной теплозащиты в период эксплуатации подвергается внешним и внутренним воздействиям. К внешним относятся: солнечная радиация; атмосферные осадки (дождь, град, снег); переменные температуры; влажность воздуха; внешний шум; воздушный поток; газы; химическое биологическое воздействие. К внутренним воздействиям можно отнести нагрузки (постоянные, временные и кратковременные), колебания температуры, влажность и сейсмоволны. То есть большое значение имеет качество выполненных работ и техническое состояние теплоизоляционного слоя в период эксплутации. Так даже незначительные нарушения теплоизоляции могут создать «теплопроводные мосты», в результате чего будет происходить не только значительное увеличение теплопотерь помещения, но и возрастает вероятность появления конденсата в ограждающей конструкции. В таблице 5.1 приведены ориентировочные поправки к коэффициентам термосопротивления теплоизоляционных материалов в зависимости от технического состояния последних.
Таблица 5.1.
Ориентировочные поправки к коэффициентам термического сопротивления теплоизоляционных материалов в зависимости от технического состояния изоляционных конструкций
Техническое состояние изоляционной конструкции
Значение поправки к коэффициенту термосопротивления
Незначительные разрушения покровного и теплоизоляционного слоев
0,67 – 0,77
Частичное разрушение конструкции, уплотнение основного слоя на 30 – 50 %
0,48 – 0,59
Уплотнение изоляционного слоя сверху и обвисание его снизу
0,56 – 0,63
Уплотнение основного слоя конструкции на 75 %
0,3
Периодическое затопление канала
0,2 – 0,3
Незначительное увлажнение основного слоя конструкции
(на 10 – 15 %)
0,62 – 0,72
Увлажнение основного слоя конструкции (на 20 – 30 %)
0,4 – 0,55
Значительное увлажнение основного слоя конструкции
(на 40 – 60 %)
0,2 – 0,3

5.2. Варианты расположения утеплителя в ограждающей конструкции
При рассмотрении вариантов расположения утеплителя (рис. 5.1) можно сделать вывод, что наибольшего эффекта можно добиться путем утепления снаружи (вариант 3):
– осуществляется защита стен от переменного замерзания и оттаивания, а так же и от других атмосферных воздействий;
– выравниваются температурные колебания основного массива стены;
– увеличивается долговечность конструкций стены;
– температурный ноль сдвигается во внешний теплоизоляционный слой;
– возрастает теплоаккумулирующая способность массивной стены.
При внутреннем утеплении несущая стена промерзает что способствует снижению коэффициента ее термосопротивления, появлению избытка влаги и ускоренному старению ограждающей конструкции.
Рис. 5.1. Кривые изменения температуры ограждающих конструкций.
1) неутеплённых, 2) утеплённых изнутри, 3) снаружи, [25,27].
1. Утеплитель размещен с внутренней стороны ограждающей конструкции. Для подвального помещения такой способ утепления наиболее обоснован. Хотя придется уменьшить площадь и выполнить монтаж пароизоляции. Последнее окупится тем, что стены с внутренней стороны помещения не будут пропитываться влагой в процессе его эксплуатации. Утеплять стены с внутренней стороны помещения во вновь строящемся здании экономически неэффективно, однако при строительстве некоторых промышленных зданий, а также при реконструкции или ремонте существующих зданий зачастую приходится принимать данный вариант утепления.
2. Утеплитель размещен внутри ограждающей конструкции.
Такую конструкцию чаще всего называют “сэндвич” или “сэндвич-панели”. Все зависит от того, какая это стена-несущая, самонесущая или навесная, и из какого материала она производится: кирпич, бетон, дерево, металл или комбинированная. От исходного материала, а также от типа утеплителя зависит толщина стены.
Под наименованием “сэндвич-панели” подразумевается целый класс многослойных конструкций, включающих в себя теплоизоляционный материал, облицованный с обеих сторон. По функциональному назначению “сэндвич-панели” можно разделить на стеновые, кровельные и отделочные (для реконструкции и утепления старых зданий и помещений). По виду теплоизоляционного материала “сэндвич-панели” можно разделить на три основные группы:
• с утеплителем из минеральной ваты
• с утеплителем из пенополиуретана
• с утеплителем из пенополистирола
При этом панели с пенополимерным утеплителем в 1,5 – 2 раза легче, чем панели с минераловатным утеплителем той же толщины, и обладают лучшими теплоизоляционными свойствами (что особенно актуально в силу необходимости экономить тепловую энергию), но уступают по огнестойкости.

3. Утеплитель размещен снаружи ограждающей конструкции. При размещении утеплителя снаружи его необходимо защищать от атмосферных воздействий. Можно выделить два подхода: это наиболее часто применяемая защита из специального штукатурного состава без воздушной прослойки и защита из специальных плит с воздушной прослойкой, так называемая система вентилируемого фасада.
Устройство дополнительной теплоизоляции снаружи лучше защищает стену от переменного замерзания и оттаивания. Выравниваются температурные колебания массива стены, что препятствует появлению деформаций, особенно нежелательных при крупнопанельном домостроении. Точка росы сдвигается в наружный теплоизоляционный слой, внутренняя часть стены не отсыревает, и не требуется дополнительной пароизоляции.
Другим достоинством наружной теплоизоляции является увеличение теплоаккумулирующей способности массива стены. Так, если произойдет отключение источника теплоснабжения при наружной изоляции, кирпичная стена будет остывать в 6 раз медленнее, чем при внутреннем слое теплоизоляции такой же толщины. Установка теплоизоляции снаружи позволяет также снизить расходы на ремонт поврежденных стен.
Использование навесных конструкций позволяет, с одной стороны, “одеть” фасад в современные отделочные материалы, а с другой – улучшить теплотехнические характеристики ограждающей конструкции и защитить ее от вредных атмосферных воздействий.
5.3. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций
В Украине теплотехнический расчет выполняется на основании [9-12, 29], с целью получения необходимых теплозащитных свойств ограждающих строительных конструкций в отапливаемых помещениях.
В процессе расчета определяются необходимые сопротивления теплопередачи, по которым принимают толщины стен, утеплителя кровли, вид остекления световых проемов и конструкция дверей (ворот).
Предварительно определяют: условия эксплуатации, толщину, плотность и коэффициенты теплопроводности вспомогательных слоев ограждающих конструкций.
Согласно нормативных требований в Украине [9-12, 29] при проектировании теплоизоляционной оболочки дома на основе многослойных конструкций, с внутренней стороны конструкций надо располагать слои из материалов, имеющие более высокую теплопроводность, теплоемкость и сопротивление паропроницанию. При проектировании новых домов и реконструкции существующих, слои из теплоизоляционных материалов следует располагать с внешней стороны ограждающей конструкции. При проектировании теплоизоляционной оболочки дома с использованием термически неоднородных оградительных конструкций для уменьшения термической неоднородности в плоскости фасада дома необходимо обеспечивать плотное прилегание теплоизоляционных материалов к теплопроводным включениям – колон, балок, перемычек, внутренних перегородок, вентиляционных каналов и т.п., и предусматривать мероприятия соответствующего контроля. Несквозные теплопроводные включения следует располагать ближе к теплой стороне ограждения. Сквозные, главным образом, металлические включения (профили, стрежни, болты) должны быть изолированы материалами с теплопроводностью не более 0,35 Вт/(м2 °К). При проектировании необходимо также предусматривать защиту внутренних поверхностей стен от влаги, внешних – от атмосферных осадков с использованием изолирующих слоев покрытия (облицовка, штукатурки, окраски), которые выбираются в зависимости от материала стен, их конструктивного решения и условий эксплуатации.
Внешние стеновые конструкции, контактирующие с грунтом, в домах без подвала необходимо утеплять на глубину 0,5 м ниже поверхности грунта, а в домах с подвалом – на глубину 1,0 м ниже поверхности грунта.
Проектирование теплоизоляционной оболочки домов необходимо осуществлять с применением теплоизоляционных материалов, срок эффективной эксплуатации которых составляет не меньше чем 25 лет; для сменных уплотнителей – со сроком эффективной эксплуатации не меньше чем 15 лет, с обеспечением ремонтопригодности элементов теплоизоляционной оболочки.

Для внешних ограждающих конструкций отапливаемых зданий и сооружений и внутренних конструкций, температуры воздуха в помещениях которых отличаются на 3 °С и больше, обязательно выполнение условий:
RΣ пр ≥ Rq min,
Δtпр ≤ Δtcг, (5.1)
τв min > tmin.,
где:
RΣ пр – приведенное сопротивление теплопередачи непрозрачной ограждающей конструкции или ее части (для термически однородных ограждающей конструкции определяется сопротивление теплопередачи), приведенное сопротивление теплопередачи светопрозрачной ограждающей конструкции, м2 °К/Вт;
Rq mіn – минимально допустимое значение сопротивления теплопередачи непрозрачной ограждающей конструкции или непрозрачной части ограждающей конструкции, минимальное значение сопротивления теплопередачи светопрозрачной ограждающей конструкции, м2 °К/Вт;
Δtпр – температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и приведенной температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, °С;
Δtcг – допустимая по санитарно-гигиеническими требованиями разность между температурой внутреннего воздуха и приведенной температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, °С;
τв min – минимальное значение температуры внутренней поверхности в зонах теплопроводных включений в ограждающей конструкции, °С;
tmіn – минимально допустимое значение температуры внутренней поверхности при расчетных значениях температур внутреннего и внешнего воздуха, °С.
Сопротивление теплопередачи ограждающих конструкций, Rо, принимают:
– для производственных помещений – не менее требуемых значений, согласно нормативных требований, приведенных в [29] (табл. 5.3);
– для жилых, общественных и административно-бытовых помещений – не менее нормативного (табл. 5.4), из условий энергосбережения в зависимости от количества градусо-суток отопительного периода, который принимается по приложению, приведенному в [29].
Таблица 5.2.
Здания и помещения
Нормативный температурный
перепад Δtн, °С для
внешних
стен
покрытий и
чердачных
перекрытий
перекрытий над
подвалами и
подпольями
1. Жилые, лечебно-профилактические и детские учреждения, школы, интернаты
4,0
3,0
2,0
2. Общественные, кроме указанных в п. 1, административные и бытовые помещения с влажным или мокрым режимом
5,0
4,0
2,5
3. Производственные с сухим и нормальным режимами
7,0
5,0
2,5
4. Производственные и другие помещения с влажным режимом
(tв – tр)
0,8 (tв – tр)
2,5
5. Производственные здания со значительными избытками явного тепла (более 23 Вт/м3)
12
12
2,5
здесь tр – температура точки росы, °С, при расчетной температуре и относительной влажности внутреннего воздуха

5.4. Примеры теплотехнического расчета ограждающих конструкций
Пример 1. Жилое здание в пгт Ивановка.
Характеристика запроектированного объекта
Проектируемый объект представляет собой здание, расположенное в пгт. Ивановка. Дом 2-х этажный, с подвалом и техэтажом.
Здание имеет размеры в плане 12 м на 51,2 м.
Режим эксплуатации помещения – нормальный.
Расчетные параметры наружного воздуха
Параметры наружного воздуха принимают на основании [4] с учетом требований [7].
Район строительства находится на географической широте 44о с. ш.
Барометрическое давление 101,3 кПа.
Зона влажности – С (сухая).

Расчетные параметры наружного воздуха:
Теплый период – параметр А – температура воздуха + 25 оС, скорость ветра 1 м/с;
Холодный период – параметр Б – температура воздуха – 18 °С, скорость ветра 7,0 м/с.
Среднесуточная амплитуда колебаний температуры воздуха в июле 8,8 оС.
Теплотехнический расчет выполняется на основании [6], с целью определения теплозащитных свойств строительных ограждающих конструкций.
В процессе расчета определяется сопротивление теплопередачи ограждений и сопротивление воздухопроницаемости окон, по которым принимают толщины утеплителя стен и кровли и вид остекления световых прорезов.
На основании исходных данных устанавливаем [11]: зона влажности территории строительства – сухая; режим эксплуатации помещений дома в зимний период года относится к нормальному. Итак, теплотехнические показатели строительных материалов для принятых условий эксплуатации конструкций, которые ограждают – “А”.
Теплотехнический расчет предусматривает определение необходимого Rтр и фактического Rфтр сопротивления теплопередачи.
а) Теплотехнический расчет наружной стены
Конструкция стены.
1) цементно-песчаный раствор:
γ1 = 1800 кг/м3, λ1 = 0,93 Вт/(моС), δ1 = 0,02 м, S1 = 9,6 Вт/(м2 оС);
2) кирпич силикатный;
γ2 = 1800 кг/м3, λ2 = 0,76 Вт/(моС), δ2=0,51 м, S2 = 9,77 Вт/(м2 оС);
3) утеплитель –минераловатные плиты;
γ3 = 50 кг/м3, λ3 = 0,036 Вт/(моС), δ3 = Х м, S3 = 9,20 Вт/(м2 оС);
4) известково – песчаный раствор
γ4 = 1600 кг/м3, λ4 = 0,70 Вт/(моС), δ4 = 0,01 м, S4 = 8,69 Вт/(м2 оС)
Требуемое термическое сопротивление теплопередачи стены Rтрст = 1,9 м2 оС/Вт определено в зависимости от количества градусо-суток отопительного периода для пгт. Ивановка.
Rфст = 1/αв + δ1/λ1 + δ2/λ2 + δ3/λ3 + δ4/λ4 + 1/αн
где:
αв – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций для стен, полов и перекрытий – 8,7 Вт/(м2 °С);
αн – коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности конструкции, для внешних стен, покрытий, перекрытий над проездами принимается равным 23 Вт/(м2 °С);

δ1, δ2, δ3, δ4 – толщины соответствующих слоев, м;
λ1, λ2, λ3, λ4 – коэффициенты теплопроводности соответствующих слоев стенки, Вт/(моС).
Отсюда находим толщину третьего слоя по формуле:
δ3 = [Rтрст – Rн – Rв – δ1/λ1 – δ2/λ2 – δ4/λ4] . λ3
δ3 = [1,9 – 1/23 – 1/8,7 – 0,01/0,76 – 0,51/0,76 – 0,01/0,7] . 0,036 = 0,046 м.
Принимаем толщину утеплителя δут = 0,05 м.
Тогда определяем фактическое сопротивление стены:
Rфст = 1/8,7 + 0,01/0,76 + 0,51/0,76 + 0,05/0,036 + 0,01/0,7 + 1/23 = 2,28 м2 °С/Вт,
что удовлетворяет условию Rфст = 2,28 м2 оС/Вт > Rтрст = 1,9 м2 оС/Вт.
б) Теплотехнический расчет перекрытия:
4321
Конструкция перекрытия.
1) известково-песчаный раствор
γ1 = 1600 кг/м3, λ1 = 0,17 Вт/(м °С), δ1 = 0,01 м, S1 = 6,14 Вт/(м2 °С);
2) ж/б плита
γ2 = 2500 кг/м3, λ2 = 1,92 Вт/(м °С), δ2 = 0,2 м, S2 = 17,14 Вт/(м2 °С);
3) утеплитель – минераловатные плиты
γ3 = 50 кг/м3, λ3 = 0,052 Вт/(м °С), δ3 = Х м, S3 = 9,77 Вт/(м2 °С);
4) руберойд
γ4 = 1600 кг/м3, λ4 = 0,7 Вт/(м °С), δ4 = 0,005 м, S4 = 8,69 Вт/(м2 °С);
Требуемое термическое сопротивление теплопередачи перекрытия Rтрп = 2,4 м2 °С/Вт определено в зависимости от количества градусо-суток отопительного периода для пгт. Ивановка.
Отсюда находим толщину третьего слоя по формуле:
δ3 = [Rтрп – Rн – Rв – δ1/λ1 – δ2/λ2 – δ4/λ4] . λ3

δ3 = [2,4 – 1/23 – 1/8,7 – 0,01/0,17– 0,2/17,14 – 0,001/0,7]  0,052 = 0,122 м.
Принимаем толщину утеплителя δут = 0,15 м.
Тогда определяем фактическое сопротивление:
Rфп = 1/23 + 0,01/0,17 + 0,162 + 0,005/0,7 + 0,15/0,052 + 1/8,7 = 2,8 м2 °С/Вт
что удовлетворяет условию Rфп = 2,8 м2 °С/Вт > Rтрп = 2,4 м2 °С/Вт;
в) окна, ворота (дверь).
Необходимое сопротивление теплопередачи заполнений световых прорезов принимается в зависимости от количества градусо-суток отопительного периода по [11, 29], но не ниже нормативных и составляет 0,42 м2 °С/Вт. Данному значению отвечает приведенное сопротивление теплопередачи – двойное остекление в спаренных деревянных переплетах, который равняется 0,44 м2 °С/Вт.
Сопротивление теплопередачи одинарных дверей должно быть не менее 0,42 м2 °С/Вт.
Пример 2. Двухэтажный коттедж в г. Черновцы.
Теплотехнический расчет выполняется на основании [6], с целью определения теплозащитных свойств строительных ограждающих конструкций отапливаемых помещений
В процессе расчета определяется сопротивление теплопередачи ограждений, по которым принимают толщины утеплителя стен и кровли и вид остекления световых проемов.
Зона влажности территории строительства – сухая; режим работы – нормальный. Теплотехнические показатели строительных материалов – “А”.
Теплотехнический расчет предусматривает определение необходимого Rтр и фактического Rфтр сопротивления теплопередачи.
а) Теплотехнический расчет стены
1234
1) цементно-песчаный раствор
γ1 = 1800 кг/м3, λ1 = 0,76 Вт/(м оС), δ1 = 0,01 м, S1 = 9,6 Вт/(м2 оС);
2) кирпич обыкновенный, глиняный
γ2 = 1800 кг/м3, λ2 = 0,70 Вт/(м оС), δ2 = 0,51 м, S2 = 9,20 Вт/(м2 оС);

3) утеплитель – минераловатные плиты
γ3 = 50 кг/м3, λ3 = 0,032 Вт/(м оС), δ3 = Х м, S3 = 9,20 Вт/(м2 оС);
4) известково-песчаный раствор
γ4 = 1600 кг/м3, λ4 = 0,70 Вт/(м оС), δ4 = 0,01 м, S4 = 8,69 Вт/(м2 оС)
Требуемое термическое сопротивление теплопередачи наружной стены
Rтрст = 2,1 м2 оС/Вт определено в зависимости от температурной зоны для г. Черновцы.
Rфст = 1/αв + δ1/λ1 + δ2/λ2 + δ3/λ3 + δ4/λ4 + 1/αн
где:
αв – коэффициент теплопередачи внутренних ограждающих конструкций, для стен, потолка принимается равным 8,7 Вт/(м2 0С).
αн – коэффициент теплопередачи наружный ограждающих конструкций, для стен, потолка принимается 23 Вт/(м2 оС);
δ1, δ2, δ3, δ4 – толщины соответствующих слоев стены, м;
λ1, λ2, λ3, λ4 – коэффициенты теплопроводности соответствующих слоев стены, Вт/(м оС).
Определяем толщину третьего слоя по формуле:
δ3 = [Rтр – Rн – Rв – δ1/λ1 – δ2/λ2 – δ4/λ4]  λ3
δ3 = [2,1 – 1/23 – 1/8,7 – 0,01/0,76 – 0,51/0,7 – 0,01/0,7]  0,032 = 0,033 м.
Принимаем толщину утеплителя δут = 0,04 м.
Тогда фактическое сопротивление стены:
Rфст = 1/8,7 + 0,01/0,76 + 0,51/0,76 + 0,04/0,032 + 0,01/0,7 + 1/23 = 1,96 = 2,1 м2 °С/Вт,
которое удовлетворяет условию Rфст = 2,1 м2 оС/Вт > Rтрст = 1,9 м2 оС/Вт.
Коэффициент теплопередачи k = 0,48 Вт/(м2 оС).
б) Теплотехнический расчет перекрытия:
4321
1) известково-песчаный раствор
γ1 = 1600 кг/м3, λ1 = 0,7 Вт/(м °С), δ1 = 0,02 м, S1 = 6,14 Вт/(м2 оС);
2) железобетонная плита
γ2 = 2500 кг/м3, λ2 = 1,92 Вт/(м °С), δ2 = 0,2 м, R2 = 0,162 м2 оС/Вт

3) утеплитель минераловатные плиты
γ3 = 75 кг/м3, λ3 = 0,06 Вт/(м °С), δ3 = Х м, S3 = 0,55 Вт/(м2 °С);
4) цементно-песчаный раствор
γ4 = 1600 кг/м3, λ4 = 0,76 Вт/(м °С), δ4 = 0,02 м, S4 = 8,69 Вт/(м2 °С);
Термическое нормативное сопротивление перекрытия
Rтрп = 2,4 м2 оС/Вт определено в зависимости от градусо-суток отопительного периода для г. Черновцы
Rфп = 1/αв + δ1/λ1 + δ2/λ2 + δ3/λ3 + δ4/λ4 + 1/αн
где:
δ1, δ2, δ3, δ4 – толщины соответствующих слоев перекрытия, м;
λ1, λ2, λ3, λ4 – коэффициенты теплопроводности соответствующих слоев стены, Вт/(м оС).
Находим толщину третьего слоя:
δ3 = [Rтр – Rн – Rв – δ1/λ1 – δ2/λ2 – δ4/λ4]  λ3
δ3 = [2,4 – 1/23 – 1/8,7 – 0,02/0,7 – 0,162 – 0,02/0,76]  0,06 = 0,119 м.
Принимаем толщину утеплителя, δут = 0,12 м.
Фактическое сопротивление перекрытия [3.2]:
Rфп = 1/23 + 0,02/0,7 + 0,162 + 0,12/0,06 + 0,02/0,76 + 1/8,7 = 2,485 = 2,4 м2 °С/Вт
Условие выполнено Rфп = 2,4 м2 оС/Вт ≥ Rтрп = 2,4 м2 °С/Вт;
Коэффициент теплопередачи k = 0,42 Вт/(м2 °С)
в) окна, ворота (двери).
Необходимое сопротивление теплопередачи заполнений световых прорезов принимается в зависимости от ГСОП по [1], но не ниже нормативных [1] и составляет 0,42 м2 оС/Вт. Принимаем двойное остеклення в спаренных деревянных плетениях, с сопротивлением 0,44 м2 °С/Вт. Коэффициент теплопередачи окна k = 2,27 Вт/(м2 °С)
Сопротивление теплопередачи дверей должно быть не менее 0,42 м2 °С/Вт.
Пример 3. Расчет термического сопротивления светопрозрачной конструкции.
1. Исходные данные
Расчет выполнен для следующих условий эксплуатации:
1. Температура наружного воздуха t = -18 °С;
2. Температура внутреннего воздуха t = 20 °С, влажность – 60 %;
3. Режим эксплуатации – нормальный;
4. Для г. Одесса нормируемое термическое сопротивление для стен – не менее 2,2 м2К/Вт;для окон – не менее 0,36 м2 К/Вт;
5. Для стены Rв = 8,7 Вт/(м2 °С), для окна Rв = 8,0 Вт/(м2 °С), Rн = 23 Вт/(м2 °С);

6. Температура точки росы tр = 10,69 °С при указанных параметрах внутреннего воздуха;
7. Площадь остекления по отношению к площади стены не превышает 18 %.
2. Выбор расчетных сечений
Согласно методики и данных, приведенных в [1, 2, 3, 4, 29], выбраны следующие расчетные сечения (указаны на чертежах узлов, рис. 5.1):
а) Для параллельных тепловому потоку сечений.
Для нижнего узла примыкания:
1. Утеплитель σ = 0,1 м, λ = 0,037 Вт/(м °С), газобетон σ = 0,2 м, λ = 0,198 Вт/(м °С)
2. Утеплитель σ = 0,1 м, λ = 0,037 Вт/(м °С), пена монтажная σ = 0,05 м, λ = 0,036 Вт/(м °С)
3. Утеплитель σ = 0,1 м, λ = 0,037 Вт/(м °С), пена монтажная σ = 0,05 м, λ = 0,036 Вт/(м °С), рама σ = 0,07 м, λ = 0,76 Вт/(м °С)
4. Рама σ = 0,07 м, λ = 0,76 Вт/(м °С)
5. Створка σ = 0,05 м, λ = 0,76 Вт/(м °С)
6. Стеклопакет σ= 0,04 м, λ = 0,529 Вт/(м °С)
Для верхнего узла примыкания:
1. Утеплитель σ = 0,1 м, λ = 0,037 Вт/(м °С), железобетон σ = 0,2 м, λ = 2,04 Вт/(м °С).
б) Для перпендикулярных направлению теплового потока сечений.
1. Газобетон σ = 0,2 м, λ = 0,198 Вт/(м °С), пена монтажная σ = 0,05 м, λ = 0,036 Вт/(м °С), рама σ = 0,07 м, λ = 0,76 Вт/(м °С), стеклопакет σ = 0,04 м, λ = 0,529 Вт/(м °С), железобетон σ = 0,2 м, λ = 2,04 Вт/(м °С).
2. Утеплитель σ = 0,1 м, λ = 0,037 Вт/(м °С).
3. Методика расчета
Фактическое термическое сопротивление сечений, параллельных тепловому потоку определено по формуле:
Ro = Σδiλipni = 1 , (5.6)
где:
αв, αЗ – коэффициенты теплоотдачи поверхностей ограждающих конструкций, Вт/(м2 °С),
δi – толщина i-го слоя ограждающей конструкции,
n – количество слоев конструкции,
λiр – теплопроводность слоя.
Термическое сопротивление Rк , м2  °С/Вт, ограждающей конструкции с последовательно расположенными однородными слоями определялось как сумма термических сопротивлений отдельных слоев:
Rк = R1 + R2 + … + Rn + Rв.п., (5.7)
где:
R1, R2, …, Rn – термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции,м2 ⋅ °С/Вт.
Приведенное термическое сопротивление термически неоднородной конструкции с фасадным утеплением при размещении утеплителя с помощью анкерных болтов определено по [29]:
Ra = , F1 + F2 + … FnF1 + F2 + … + FnR1 R2 Rn

где:
F1, F2, …, Fn – площади отдельных участков конструкции (или части ее), м2;
R1, R2, …, Rn – термические сопротивления указанных отдельных участков конструкции, определяемые для однородных участков по (5.6) и по формуле (5.7) для неоднородных участков.

Плоскостями, перпендикулярными направлению теплового потока, ограждающая конструкция (или часть ее, принятая для определения Ra) условно разрезанными на слои, из которых одни слои могут быть однородными – из одного материала, а другие неоднородными – из однослойных участков разных материалов. Термическое сопротивление однородных слоев определено по формуле (5.6), неоднородных слоев – по формуле (5.8) и термическое сопротивление ограждающей конструкции Rσ – как сумма термических сопротивлений отдельных однородных и неоднородных слоев – по формуле (5.7). Приведенное термическое сопротивление ограждающей конструкции определено по формуле:
Ra + 2Rσ3Rпр = к (5.9)
Приведенное термическое сопротивление теплопередаче определено по формуле:
1 + Rk + 1αвRпр = oαн (5.10)
4. Результаты расчетов
Результаты расчетов приведены в таблице 5.6.
No
Наименование величины
Фактическое значение
Нормативное значение
1
Термическое сопротивление слоев (параллельное сечение) 1 сечения (нижний узел)
3,71 м2 ⋅ °С/Вт
2
2 сечения
4,09 м2 ⋅ °С/Вт
3
3 сечения
4,18 м2 ⋅ °С/Вт
4
4 сечения
0,09 м2 ⋅ эС/Вт
5
5 сечения
0,07 м2 ⋅ °С/Вт
6
6 сечения
0,08 м2 ⋅ °С/Вт
7
1 сечения (верхний узел)
2,80 м2 ⋅ °С/Вт
8
Ra (парал)
0,3055 м2 ⋅ °С/Вт
9
Rσ (перпендикулярные)
0,214 м2 ⋅ °С/Вт
10

0,244 м2 ⋅ °С/Вт
11
Приведенное термическое сопротивление теплопередачи окна
0,418 м2 ⋅ °С/Вт
0,36 м2 ⋅ °С/Вт
12
Температура внутренней поверхности стены
15,6 °С
* при определении термического сопротивления ограждающих конструкций необходимо учитывать, что полученная величина должна быть больше или равна нормативному значению;
* проектирование теплоизоляции с наружной стороны требует больших затрат, чем внутренняя, однако при этом не уменьшается полезная площадь помещений;
* при расчете необходимо помнить, что при коэффициенте остекления более 0,18 расчет выполняется по другой методике;
* при определении термического сопротивления необходимо учесть теплопроводные включения.

6. ТЕПЛОПОТЕРИ ПРОЕКТИРУЕМОГО ОБЪЕКТА
6.1. Теплопотери в жилых и общественных зданиях.
Расчетные потери теплоты, возмещаемые системой отопления Qот, Вт, определяется суммой потерь теплоты через ограждающие конструкции здания (трансмиссионные теплопотери) Qтр и расхода теплоты на подогрев вентиляционного воздуха Qв, уменьшенного на величину суммарных «бытовых» тепловыделений Qбыт [25].
К «бытовым» относятся тепловыделения от электробытовых и осветительных приборов, пищеприготовления, горячего водоснабжения и людей, находящихся в квартире:
Qот = Qтр+ Qв – Qбыт (6.1)
Основные и добавочные потери теплоты следует определять, суммируя потери теплоты через отдельные ограждающие конструкции Q, Вт, с округлением до 10 Вт для помещений по формуле:
Q = A(tp – text)  (1 + Σβ) n/R, (6.2)
где:
А – расчетная площадь ограждающей конструкции, м2;
R – сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, м2⋅°С/ Вт. Сопротивление теплопередаче конструкции следует определять по СНиП II-3-79*;
tp – расчетная температура воздуха, °С, в помещении с учетом повышения ее в зависимости от высоты для помещений высотой более 4 м;
texp – расчетная температура наружного воздуха для холодного периода года при расчете потерь теплоты через наружные ограждения или температура воздуха более холодного помещения – при расчете потерь теплоты через внутренние ограждения;
n – коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху по СНиП II-3-79*;
Σβ – добавочные потери теплоты в долях от основных теплопотерь, учитываемые:
а) Для наружных вертикальных и наклонных ограждений, ориентированных на направления, согласно СНиП 2.01.01 – 82, если в январе скорость ветра превышает 4,5 м/с с повторяемостью не менее 15 %, в размере 0,05 и в размере 0,10 при скорости 5 м/с и более;
б) Для наружных вертикальных и наклонных ограждений многоэтажных зданий в размере 0,2 -для первого и второго этажей; 0,15 – для третьего; 0,1 – для четвертого этажа зданий с числом этажей 16 и более; для 10 – 15 этажных зданий добавочные потери следует учитывать в размере 0,1 для первого и второго этажей и 0,05 – для третьего этажа.
Потери теплоты Qв рассчитываются для каждого отапливаемого помещения, имеющего одно или большее количество окон или балконных дверей в наружных стенах, исходя из необходимости обеспечения подогрева отопительными приборами наружного воздуха в объеме однократного воздухообмена в час по формуле:
Qв = 0,337  An  h(tв – tн)  10-3, (6.3)
где:
An – площадь пола помещения, м2;
h – высота помещения от пола до потолка; м, но не более 3,5 м.
Помещения, из которых организована вытяжная вентиляция с объемом вытяжки, превышающим однократный воздухообмен в час, должны, как правило, проектироваться с приточной вентиляцией подогретым воздухом. При обосновании допускается обеспечивать подогрев наружного воздуха отопительными приборами в отдельных помещениях при объеме вентиляционного воздуха, не превышающем двух обменов в час.

В помещениях, для которых нормами проектирования зданий установлен объем вытяжки менее однократного воздухообмена в час, величину Qв следует рассчитывать как расход теплоты на нагревание воздуха в объеме нормируемого воздухообмена от температуры tн до температуры tв, °С.
Потери теплоты Qв, кВт, на нагревание наружного воздуха, проникающего во входные вестибюли (холлы) и лестничные клетки через открывающиеся в холодное время года наружные двери при отсутствии воздушно-тепловых завес, следует рассчитывать по формуле:
Qв = 0,7B (H + 0,8P)(tв – tн)  10-3 (6.4)
где:
H – высота здания, м;
Р – количество людей, находящихся в здании;
В – коэффициент, учитывающий количество входных тамбуров.
При одном тамбуре (две двери) В = 1,0;
при двух тамбурах (три двери) В = 0,6.
Расчет теплоты на нагревание наружного воздуха, проникающего через двери отапливаемых незадымляемых лестничных клеток с поэтажными выходами на лоджии, следует производить по формуле (6.4), при Р = 0, принимая для каждого этажа значение H, равное расстоянию, м, от середины двери рассчитываемого этажа до перекрытия лестничной клетки.
При расчете теплопотерь входных вестибюлей, лестничных клеток и цехов с воздушно-тепловыми завесами; помещений, оборудованных действующей постоянно в течение рабочего времени приточной вентиляцией с подпором воздуха, а также при расчете потерь теплоты через летние и запасные наружные двери и ворота величину Qв учитывать не следует.
Расход инфильтрующегося воздуха в помещении Gi, кг/ч, через неплотности наружных ограждений следует определять по формуле:
Gi = 0,216  ΣA1  Δpi0,67/Rи + ΣA2  GH  (Δpi /Δp1)0,67 +
+ 3456  ΣA3  Δpi0,5 + 0,5 Σl  Δpi /Δp1 , (6.5)
где:
A1, A2 – площади наружных ограждающих конструкций, м2, соответственно световых проемов (окон, балконных дверей, фонарей)и других ограждений;
А3 – площадь щелей, неплотностей и проемов в наружных ограждающих конструкциях;
Δрi, Δр1 – расчетная разность между давлениями на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций соответственно на расчетном этаже при Δр1 = 10 Па;
Ru – сопротивление воздухопроницанию, м2⋅ч⋅Па/кг, принимаемое [29];
GH – нормативная воздухопроницаемость наружных ограждающих конструкций,кг/( м2⋅ч), [29];
l – длина стыков стеновых панелей, м.
Расчетная разность между давлениями на наружной и внутренней поверхностях каждой ограждающей конструкции Δрi, Па, принимается после определения условно-постоянного давления воздуха в здании рint, Па, (отождествляется с давлением на внутренних поверхностях наружных ограждающих конструкций), на основе равенства расхода воздуха, поступающего в здание ΣGi, кг/ч, и удаляемого из него ΣGext, кг/ч, за счет теплового и ветрового давлений и дисбаланса расходов между подаваемым и удаляемым воздухом системами вентиляции с искусственным побуждением и расходуемого на технологические нужды.
Расчетная разность давлений Δрi определяется по формуле:
Δрi = (H – hi)  (γi – γp) + 0,5ρi  ν2  (ce.n – ce.р)  ki – pint, (6.6)
где:
Н – высота здания, м, от уровня средней планировочной отметки земли до верха карниза, центра вытяжных отверстий фонаря или устья шахты;

hi – расчетная высота, м, от уровня земли до верха окон, балконных дверей, ворот, проемов или до оси горизонтальных и середины вертикальных стыков стеновых панелей;
γi, γp – удельный вес, Н/м3, соответственно наружного воздуха и воздуха в помещении, определяемый по формуле:
γ =3463(273 + t) , (6.7)
где:
ρi – плотность наружного воздуха, кг/м3;
v – скорость ветра, м/с, принимаемая по обязательному приложению 8 и в соответствии с п. 3.2[8];
се.п, се.р – аэродинамические коэффициенты соответственно для наветренной и подветренной поверхностей ограждений зданий, принимаемые по СНиП 2.01.07-85;
ki – коэффициент учета изменения скоростного давления ветра в зависимости от высоты здания, принимаемый по СНиП 2.01.07-85;
pint – условно-постоянное давление воздуха в здании, Па.
Максимальный расход теплоты на нагревание наружного воздуха следует учитывать для каждого помещения при наиболее неблагоприятном для него направлении ветра. При расчете тепловой нагрузки здания с автоматическим регулированием расход теплоты на инфильтрацию следует принимать при наиболее неблагоприятном направлении ветра для всего здания.
6.2. Определение потерь тепла через полы
Потери тепла из помещения нижнего этажа через конструкцию пола является сложным процессом. Учитывая небольшой удельный вес теплопотерь через пол в общих теплопотерях помещения, применяют упрощенную методику расчета.
Теплопотери через пол, расположенный на грунте, рассчитывают по зонам. Расчетной зоной называется полоса шириной 2 м, параллельная наружной стене. Полосу, ближайшую к наружной стене, обозначают первой зоной, следующие две полосы – второй и третей, а оставшуюся поверхность пола – четвертой зоной (рис. 6.1). Часть площади первой зоны, примыкающая к углу наружных стен, измеряют дважды (на рисунке эта площадь показана двойной штриховкой).

Теплопотери через отдельные зоны пола определяют по формуле:
Q = A/R (tв – tн), (6.8)
где:
А – площадь какой-либо зоны, м2;
R – сопротивление теплопередаче конструкции пола этой же зоны, м2 * °С /Вт
Сопротивление теплопередаче конструкции пола принимают:
а) неутепленного пола на грунте (теплопроводность слоев -1,2 Вт/(м*С) для полосы, ближайшей к наружным стенам (I зона) RIн.п. = 2,1; для следующей полосы (II зона) RIIн.п. = 4,3; для третьей полосы (III зона) RIIIн.п. = 8,6; для остальной площади пола в глубине помещений (IV зона) RIVн.п. = 14,2 °С *м2/Вт).
б) утепленного пола на грунте [теплопроводность слоев менее 1,2 Вт/(м*K)] – для каждой из четырех зон Rп по формуле
Rп = Rн.п. + δу.п./λу.п., (6.9)
где:
δу.п – толщина утепляющего слоя, м;
λу.п. – теплопроводность утепляющего слоя, Вт/м2 °С.
Теплопотери через полы на лагах рассчитываются также по зонам, только сопротивление теплопередаче каждой зоны пола на лагах Rл принимается равным
Rл = 1,18 (Rн.п. + Rу.п.) (6.10 )
Теплопотери через подземную часть наружных стен определяют так же, как и теплопотери через полы, то есть по зонам шириной 2 м. В этом случае разбивка на зоны делается от уровня земли по поверхности подземной части стены и далее по полу (рис. 6.2). Величины сопротивления теплопередаче подсчитываются по изложенному методу с учетом утепляющих слоев при наличии их в конструкции стен, заглубленных в землю.
6.3. Теплопотери и тепло поступления в производственных зданиях
В производственных зданиях при сведении теплового баланса принимают в расчет интервал технологического цикла с минимальными теплопоступлениями.
Тепловая мощность отопительной установки помещения Qот для компенсации дефицита теплоты равна:
Qот = Qпот – Qвыд, (6.11)
где:
Qпот и Qвыд – теплопотери и тепловыделения в помещении в заданный момент времени.
В производственном здании теплопотери могут быть меньше тепловыделений и отопления не потребуется.
В зданиях, сооружениях и помещениях с переменным тепловым режимом нормируемую температуру поддерживают только в рабочее время средствами отопления и вентиляции.
Для отопления в нерабочее время используют имеющиеся установки, если они обладают достаточной мощностью для поддержания минимально допустимой температуры помещений и достижения ее перед началом работы. При недостаточной тепловой мощности основных отопительных установок или экономической нецелесообразности их использования проектируют специальные отопительные установки дежурного отопления. Тепловую мощность установок дежурного отопления определяют в соответствии с теплопотерями при пониженной температуре помещений в этот период времени с запасом, достаточным для достижения требуемой температуры помещений перед началом работы (если это не предусмотрено путем использования технологических и приточно-вентиляционных установок).
Теплопотери в помещениях в общем виде слагаются из теплопотерь через ограждающие конструкции Qа, теплозатрат на нагревание наружного воздуха, поступающего через открываемые ворота, двери и щели в ограждениях, Qв, а также на нагревание поступающих снаружи материалов, оборудования и транспорта Qм. Теплозатраты могут также быть при испарении жидкости и других эндотермических технологических процессах Qтехн, при подаче воздуха для вентиляции с пониженной температурой по сравнению с температурой помещений Qвент, то есть:
Qпот = Qa + Qв + Qм + Qтехн + Qвент (6.12)
Расчет основных и дополнительных теплопотерь ведется по формуле (6.2), при этом для нагрева воздуха, проникающего через наружные двери, не оборудованные воздушными или воз-душно-тепловыми завесами, при высоте зданий Н, м, от средней планировочной отметки земли до верха карниза, центра вытяжных отверстий фонаря или устья шахты принимаются следующие надбавки в размере:
0,2Н – для тройных дверей с двумя тамбурами между ними;
0,27Н – для двойных дверей с тамбурами между ними;
0,34Н – для двойных дверей без тамбура;
0,22Н – для одинарных дверей.
Через наружные ворота, не оборудованные воздушными и воздушно-тепловыми завесами, принимаются надбавки: в размере 3 – при отсутствии тамбура и в размере 1 – при наличии тамбура у ворот.
Потери теплоты Qв на нагревание воздуха, врывающегося через наружные ворота, не оборудованные воздушно-тепловыми завесами, следует рассчитывать с учетом скорости ветра и времени открытия ворот.
Также в производственных помещениях необходимо учесть потери теплоты Q трубопроводами, проходящими в неотапливаемым помещениях, которые рассчитываются по формуле:
Q = ql  10-3, (6.13)
где:
l – длины участков теплоизолированных трубопроводов различных диаметров, прокладываемых в неотапливаемых помещениях, м;
q – нормированная линейная плотность теплового потока теплоизолированного трубопровода, Вт/м2, принимаемая по таблице