М и ii и сгерсг во ст ро ител ьства и жилищно-коммунально! о хозяйства Российской Фелеракин

Федеральное автономное учреждение «Федеральный центр нормирования, стандартизации н технической оценки соответствия в строительстве»

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

НО РАСЧЕТУ ТЕИЛОНОТЕРЬ И ПРИВЕДЕННОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ТЕПЛОПЕРЕДАЧЕ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЯ, КОНТАКТИРУЮЩИХ С ЕГО ОСНОВАНИЕМ

Москва 2019

Содержание

1    Область применения .................................................................................1

2    Нормативные ссылки................................................................................1

3    Термины и определения ...........................................................................2

4    Общие положения .....................................................................................3

5    Исходные данные......................................................................................5

6    Методика расчета теплопотерь и приведенного сопротивления

теплопередаче в грунтовое основание методом однородных зон (МОЗ)..............................................................................................................................Ю

7    Аналитическая методика расчета теплопотерь и приведенного

сопротивления теплопередаче в грунтовое основание    (АМР)..............13

8    Численный расчет теплопотерь и приведенного сопротивления теплопередаче методом нестационарных температурных

полей (МНТП)............................................................................................23

Приложение А Примеры расчета теплопотерь для отапливаемого

подвала здания с использованием трех методик................36

Приложение Б Пример расчет начальных условий и оценки

температуры грунтовых вод для методики    МНТП.............49

Приложение В Порядок расчета теплопотерь в неотапливаемых помещениях, контактирующих с основанием, с использованием методики МНТП.....................................56

Приложение Г Примеры расчетов с использованием методики МНТП теплопотерь и приведенных сопротивлений теплопередаче различных конструкций зданий, контактирующих с основанием...............................................................................61

Библиография................................................................................................80

Наименование параметра Принадлежность к методике МОЗ АМР МНТП Коэффициент теплопроводности фунта или его слоев X, Вт/(м-°С) + +* Удельная теплоемкость фунта или его слоев с, Дж/(м3*°С) + +* Термические сопротивления внутренних элементов здания, контактирующих с основанием г, м2оС/Вт + + + Термическое сопротивление поверхности фунта вне здания г,**, м2 оС/Вт - + + Коэффициент теплоотдачи воздуху внуфи здания am***, Вт/(м2 оС) - + + Коэффициент теплоотдачи наружному воздуху Ctoui***, Вт/(м2оС) - + +

Используется несколько значений, если фунт имеет слоистую структуру с отличающимися теплофизическими свойствами. ** Задается, если здание имеет утепленную отмостку и (или) учитывается утепление иным искусственным или естественным образом. *** Согласно таблицам 4 и 6 СП 50.13330.2012.

5.5 Температурные исходные данные

К температурным исходным данным относятся данные по температуре наружного и внутреннего воздуха (таблица 5.3).

Наименование параметра	Принадлежность к методике
	МОЗ	АМР	МНТП
Температура воздуха отапливаемых помещений тя*9°С	+	+	+
Детализированная температура наружного воздуха7^,*’, °С	-	-	+
Среднесуточные значения температуры наружного воздуха °С	-	-	+
Средняя температура наружного воздуха для /-го месяца Т10Ш*А, °С	-	+	-
Среднегодовая температу ра наружного воздуха Тш *5, °С	+	+	-
Амплитуда колебаний среднемесячных температур наружного воздуха за годовой период Г", °С	-	+	-
Температура наружного воздуха с обеспеченностью 0,94 Тхм °С	+	+	+
Средняя за отопительный период температура наружного воздуха т0п *7, °С	-	+	+

6 Методика расчета теплопотерь и приведенного сопротивлении теплопередаче в грунтовое основание методом однородных зон (МОЗ)

6.1    Данная методика основана на обобщении ряда аналитических исследований по теплопереносу в грунтах, выполненных в первой половине XX века [1], [2].

6.2    Методика может быть применена как оценочная, когда точные значения теплопотерь в грунтовые основания не требуются, например в условиях избыточных тепловыделений в помещениях, смежных с грунтовым основанием (подвальные и цокольные помещения, в которых размещено инженерно-техническое оборудование, при эксплуатации которого происходят тепловыделения).

6.3    Данная методика устанавливает:

-    разбивку поверхности контакта здания с грунтовым основанием на зоны, принятые однородными по величине приведенного сопротивления теплопередаче;

величину базового значения приведенного сопротивления теплопередаче для каждой из зон;

-    корректировку базовых значений с учетом наличия утепляющих слоев;

-    расчет полного значения приведенного сопротивления теплопередаче;

-    оценочный расчет среднегодовых теплопотерь через грунтовое основание.

6.4    Разбивку поверхности контакта здания с грунтом проводят в соответствии с пунктом Е.7 СП 50.13330.2012 и [3, пункт 5.3]. Всю поверхность контакта делят на четыре последовательные зоны (I, II, III и IV) от краев здания. Зоны I, II, III имеют ширину по 2 м, а зона IV включает оставшуюся площадь. Зона I начинается от уровня земли для заглубленных в грунт помещений или от стен - для незаглубленных. Если глубина подвала не кратна 2 м, то соответствующая зона частично переходит со стены на пол подвала. Каждая из зон имеет площадь (м²) Si, So, Sm, Siv соответственно.

ю

6.5    В том случае, когда стены и пол не имеют утепления или коэффициент теплопроводности утепления А. >1,2 Вт/(м°С), приведенные сопротивления теплопередаче для каждой из зон, (м^2оС)/Вт, имеют значения:

Ri = 2,1; ft, = 4,3; Я„, = 8,6; Riw = 14,2.

6.6    В том случае, когда утепления имеют коэффициент

теплопроводности А. <1,2    Вт/(м°С),    приведенные сопротивления

теплопередаче должны быть дополнены термическими сопротивлениями утепления г (м^{2 о}С/Вт):

К = Ъ^+Г>    0)

где / - номер зоны (I, II, III, IV).

6.7    Термические сопротивления для однослойных или многослойных утеплений, включающих также и воздушные слои, рассчитывают согласно приложению Е СП 50.13330.2012 или по [3], [4] как

'-И'гтк'    (2)

J J J

где 6 - толщина j- го слоя, м;

-коэффициент теплопроводности данного слоя, Вт/(м °С).

6.8    Для полов, установленных на лагах, при расчете общего сопротивления теплопередаче вводят повышающий коэффициент

A,,=U8V    (3)

6.9    На основе рассчитанных для каждой из зон приведенных сопротивлений теплопередаче согласно СП 50.13330.2012 (формула (Е.5)) вычисляется общее приведенное сопротивление теплопередаче в основание

Х>:

⁽⁴⁾

I

6.10    Оценочную величину коэффициента теплопередачи от здания в основание, Вт/(м^{2 о}С), рассчитывают согласно СП 50.13330.2012 (формула (Е.З)):

и

(5)

6.11    Оценочную величину среднегодовой мощности теплопогерь из здания в основание, Вт, рассчитывают по формуле

* = (6)

6.12    Пример расчета теплопотерь и приведенного сопротивления теплопередаче в грунтовое основание согласно МОЗ и условия, при которых данная методика может быть использована, приведены в приложении А.

7 Аналитическая методика расчета теплопотерь и приведенной) сопротивлении теплопередаче в грунтовое основание (АМР)

7.1    Данная методика использует положения СП 50.13330, ГОСТ Р 54851, ГОСТ Р 57356, касающиеся расчетов приведенного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций.

7.2    Методика может быть применена для случаев, когда грунт имеет простую структуру с постоянными коэффициентом теплопроводности и удельной теплоемкостью.

7.3    По точности расчетов методика является оценочной и используется, когда точные значения теплопотерь в грунтовые основания не требуются, а также не требуются их детализированные значения по элементам здания и по времени.

7.4    Данная методика устанавливает:

-    расчет приведенных сопротивлений теплопередаче и коэффициентов теплопередачи для элементов отапливаемого здания, контактирующих с грунтом (полов по грунту для незаглубленных помещений, полов и стен для заглубленных помещений);

-    расчет коэффициентов теплопередачи для отапливаемого подвала, неотапливаемого подвала и частично отапливаемого подвала;

-    расчет средней мощности расхода тепла через грунт отдельно для каждого месяца, для холодного и теплого периодов, для года в среднем;

-    учет в расчетах теплопроводных элементов узлов сопряжений «стена - перекрытие»;

-    учет в расчетах теплоизолирующих элементов, установленных на стенах вблизи перекрытия или на краю перекрытия под ним;

-    учет в расчетах влияния проточных грунтовых вод.

7.5    В расчетах используются параметрические величины, указанные в

7.5.1 и 7.5.2.

7.5.1 Расчетная ширина здания

Данную величину используют, для того чтобы учесть трехмерную природу теплопереноса в основании и сложную форму здания по его нижнему периметру. Определяют как площадь основания под зданием, отнесенную к половине периметра здания:

где А - площадь основания под зданием, м²;

Р - периметр, м, задается по наружному периметру здания.

При задании А и Р наружные неотапливаемые пристройки в их расчет не входят.

7.5.2 Эквивалентная толщина

Эквивалентная толщина представляет собой толщину слоя грунта, которая обеспечивает то же сопротивление теплопередаче, что и рассматриваемая конструкция здания вместе с грунтовым основанием. Эквивалентную толщину рассчитывают отдельно для пола по грунту и для стен, заглубленных в грунт (стены подвала). Расчеты проводят по формулам:

- для пола

\

d. = w+\ —+г,+- ,

CL    CL .

^УЛт    ^УАои1 ^

где w - толщина стены, м;

А, - коэффициент теплопроводности грунта, Вт/(м °С); r_f - термическое сопротивление пола, (м^2оС)/Вт; а_т - коэффициент теплоотдачи внутреннему воздуху, Вт/(м^2оС); а_ош - коэффициент теплоотдаче наружному воздуху, Вт/(м^{2 с}С);

- для стены

где r_w - термическое сопротивление стены.

Термические сопротивления r_f и r_w рассчитывают по формуле (2). Коэффициенты теплоотдачи задают в соответствии с таблицами 4 и 6 СП 50.13330.2012. Коэффициент теплоотдачи наружному воздуху а_оШ принимают для зимних условий.

7.6 Расчет приведенных сопротивлений теплопередаче и коэффициентов теплопередачи

7.6.1 Приведенное сопротивление теплопередаче для полов незаглубленных этажей отапливаемых зданий (плита по грунту) рассчитывают в зависимости от эквивалентной толщины:

в случае d_t < В' (нетеплоизолированный или умеренно теплоизолированный пол) сопротивление теплопередаче вычисляют по формуле

- в случае d, > В' (хорошо утепленный пол) сопротивление теплопередаче вычисляют по формуле

0,457Д'+</

7.6.2 Коэффициент теплопередачи U₀ и эффективный коэффициент теплопередачи U' рассчитывают как величину, обратную приведенному сопротивлению теплопередаче:

U₀=U'=UK    (12)

7.6.3 Приведенные сопротивления теплопередаче для заглубленного этажа (отапливаемые цокольный этаж или подвал) рассчитывают, как указано в 7.6.3.1 и 7.6.3.2.

7.6.3.1 Теплопередача через полы

Теплопередачу через полы рассчитывают по формулам:

Настоящие методические рекомендации разработаны в развитие положений СП 50.13330 для реализации проектировщиками требований, заложенных в действующих нормативных правовых актах и документах по стандартизации, и содержат рекомендации по расчету теплопотерь и приведенного сопротивления теплопередаче элементов зданий, контактирующих с его основанием.

Настоящие методические рекомендации разработаны для организаций, осуществляющих проектирование зданий, включая их тепловую защиту, а также могут быть использованы при подготовке специалистов в строительной отрасли.

В настоящих методических рекомендациях рассматриваются методики расчета приведенных сопротивлений теплопередаче и расчета теплопотерь для зданий, имеющих различные способы контакта с грунтовым основанием, и учитываются постоянные изменения температуры наружного воздуха и присутствие грунтовых вод под зданием.

В настоящих методических рекомендациях содержатся три методики, позволяющие проводить расчет теплопотерь в основания:

-    упрощенная оценочная методика на основе использования табличных данных по приведенному сопротивлению теплопередаче отдельных зон контакта здания с основанием - метод однородных зон (МОЗ). Методика не учитывает сезонные изменения температуры;

-    аналитическая методика, позволяющая проводить оценки средних теплопотерь за определенный период времени (по месяцам, за отопительный сезон и за год) - метод аналитического расчета (АМР);

-    методика, основанная на использовании расчетов нестационарных температурных полей, - метод нестационарных температурных полей (МНТП).

7.6.6 Для неотапливаемых подвалов, вентилируемых наружным воздухом и отделенных от отапливаемого этажа полом, эффективный коэффициент теплопередачи вычисляют по формуле

_!_ = _!_+- (19)

U' U_f A Upf + zPUp». +hPU _w+0_y33V ’    ^v    '

где U_pj- и Uрк - коэффициенты теплопередачи пола и стен подвала,

вычисляемые по формулам (16), (17);

U_w - коэффициент теплопередачи стены подвала, расположенной выше уровня наружного грунта и имеющей высоту h\

V - воздухообмен подвала с наружным воздухом, м³/ч;

Uj - коэффициент теплопередачи пола (перекрытия) вышерасположенного

отапливаемого помещения, вычисляемый по формуле

U -_!_

f 1/а,+/у + 1/а₂ *

здесь а, и а₂ - коэффициенты теплоотдачи верхней и нижней поверхности

пола;

г, - термическое сопротивление пола.

Если величина воздухообмена V не известна, то ее определяют исходя из кратности воздухообмена, равной 0,3 ч'¹.

7.6.7    Для частично отапливаемого подвала проводят два расчета эффективного коэффициента теплопередачи - расчет, когда подвал полностью отапливаемый, и расчет, когда подвал полностью неотапливаемый. Полученные данные суммируют пропорционально площади стен и пола подвала, контактирующих с грунтом, для его отапливаемой и неотапливаемой частей.

H = AU\

7.6.8    На основе вычисленных эффективных коэффициентов теплопередачи V по формуле (21) проводят расчет коэффициента стационарной теплопередачи в грунт, Вт/°С, для здания в целом:

(21)

17

В настоящих методических рекомендациях использованы данные (физико-математические и численные модели и результаты расчетов), полученные в лабораториях НИИСФ РААСН и других научно-исследовательских организаций Российской Федерации и зарубежных стран.

В приложениях к методическим рекомендациям приведены примеры расчетов теплопотерь в отапливаемых зданиях, а также в неотапливаемых помещениях, контактирующих с основанием.

Применение методических рекомендаций направлено на использование при проектировании тепловой защиты малоэтажных зданий, а также первых этажей и этажей, заглубленных в основание, для многоэтажных зданий с обеспечением требований их энергетической эффективности и безопасности. Настоящие методические рекомендации позволят повысить качество выполняемых проектных работ за счет поэтапного расчета теплопереноса в основании и смежных конструкциях. Получаемые данные позволят более точно сформулировать требования к системе отопления и спрогнозировать тепловлажностный режим конструкций на стадиях строительства и эксплуатации. Методические рекомендации также могут быть использованы при проведении исследовательских работ в области изучения процессов теплопереноса в строительных объектах.

Настоящие методические рекомендации разработаны авторским коллективом НИИСФ РААСН (руководитель работы канд. физ.-мат. наук А.Ю. Окупав, исполнители - канд. физ.-мат. наук Е.В. Лавин, К.С. Шагинян).

1    Область применения

1.1    Настоящие методические рекомендации распространяются на малоэтажные здания (с числом этажей до двух) и помещения первых и заглубленных в основание этажей многоэтажных зданий и содержат рекомендации по расчет) теплопотерь в основаниях зданий. Рекомендации относятся к вновь возводимым, реконструируемым, модернизируемым или капитально ремонтируемым отапливаемым зданиям и сооружениям.

1.2    Настоящие методические рекомендации детализируют приложение Е СП 50.13330.2012 в части порядка расчета приведенного сопротивления теплопередаче фрагментов конструкции, контактирующих с основанием, а также пункт 5.7 СП 50.13330.2012 при проверке выполнения санитарно-гигиенического требования для внутренних поверхностей элементов ограждающих конструкций, контактирующих с грунтовым основанием.

2    Нормативные ссылки

В настоящих методических рекомендациях использованы нормативные ссылки на следующие документы:

ГОСТ 30494-2011 Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях

ГОСТ Р 54851-2011 Конструкции строительные ограждающие неоднородные. Расчет приведенного сопротивления теплопередаче

ГОСТ Р 57188-2016 Численное моделирование физических процессов. Термины и определения

ГОСТ Р 57356-2016 / EN ISO 6946:2007 Конструкции ограждающие строительные и их элементы. Метод расчета сопротивления теплопередаче и коэффициента теплопередачи

СП 50.13330.2012 «СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий» (с изменением № 1)

СП 131.13330.2018 «СНиП 23-01-99* Строительная климатология»

СанПиН 2.1.2.2645-10 Санитарно-эпидемиологические требования к условиям проживания в жилых зданиях и помещениях

СанПиН 2.2.4.548-96 Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений

Примечание - При пользовании настоящими методическими рекомендациями целесообразно проверить действие ссылочных документов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если заменен ссылочный документ, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого документа с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого документа с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящих методических рекомендаций в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку. Сведения о действии сводов правил можно проверить в Федеральном информационном фонде стандартов

3 Термины и определении

В настоящих методических рекомендациях применены термины по ГОСТ Р 57188, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1    грунтовое основание: Массив грунта под зданием и вблизи него, через который осуществляется теплообмен с внутренним объемом здания.

3.2    коэффициент теплопередачи: Величина, обратная сопротивлению теплопередаче или приведенному сопротивлению теплопередаче элемента конструкции.

3.3    мгновенные значения: Значения теплопотерь и приведенного сопротивления теплопередаче, определенные по текущим значениям тепловых потоков и перепаду температур между внутренним и наружным воздухом.

3.4    нестационарное температурное поле: Температурное поле, изменяющееся во времени.

3.5 площадь основания под зданием: Площадь пола подвала, цокольного этажа, плиты по грунту или подполья здания.

3.6    приведенное сопротивление теплопередаче: Сопротивление теплопередаче, усредненное по площади элемента ограждающих конструкций или площади грунтового основания.

3.7    сопротивление теплопередаче: Отношение средней разницы температуры между внутренним и наружным воздухом или между отапливаемыми и неотапливаемыми помещениями к величине средних трансмиссионных теплопотерь на единице площади ограждающих конструкций или площади основания под зданием.

3.8    температурное поле: Распределение температуры на поверхности или в объеме ограждающей конструкции или грунтового основания.

3.9    термическое сопротивление: Отношение разницы температу ры на противоположных поверхностях конструкции к плотности потока теплоты через эту конструкцию.

3.10    трансмиссионные теплопотери: Потери теплоты из внутреннего объема здания за счет теплопроводности ограждающих конструкций и грунтового основания.

4 Общие положения

4.1    Теплопотери в здании осуществляются за счет трансмиссионной передачи тепла окружающему воздуху через оболочку, уноса тепла в вентиляционном воздухе и трансмиссионной передачи тепла грунтовому основанию через элементы, контактирующие с ним.

4.2    Уровень трансмиссионных теплопотерь, приходящихся на основания зданий, для малоэтажных зданий и сооружений и для первых и заглубленных этажей многоэтажных зданий в зависимости от условий может

составлять от нескольких до нескольких десятков процентов от общих трансмиссионных теплопотерь.

4.3    Теплопотери здания характеризуются суммой его удельной теплозащитной и удельной вентиляционной характеристик (СГ1 50.13330).

4.4    Удельная теплозащитная характеристика здания является нормируемой величиной и определяется в соответствии с пунктом 5.5 СП 50.13330.2012.

4.5    Удельная теплозащитная характеристика здания пропорциональна сумме отношений площадей фрагментов здания, через которые происходят теплопотери, к их приведенному сопротивлению теплопередаче и рассчитывается в соответствии с приложением Ж СП 50.13330.2012.

4.6    При эксплуатации зданий должно выполняться санитарно-гигиеническое требование в соответствии с пунктом 5.7 СП 50.13330.2012.

4.7    Фрагментами здания, по которым рассчитывается удельная теплозащитная характеристика и проверяется санитарно-гигиеническое требование, являются фрагменты теплозащитной оболочки (пункт 3.38 СП 50.13330.2012), а также фрагменты здания, имеющие контакт с грунтовым основанием, в частности, поверхности полов и стен, находящихся ниже уровня грунта.

4.8    Теплообмен между зданием и грунтовым основанием определяется теплообменом между поверхностью грунта вокруг здания и окружающим воздухом, накоплением и отдачей тепла в массиве грунта основания и в грунте вокруг него, а также теплообменом между грунтом и протекающими в его толще грунтовыми водами.

4.9    Теплоперенос в грунтовом основании здания имеет нестационарный характер, определяющийся сезонными изменениями температуры окружающего воздуха и сезонными изменениями влагонасыщенности грунта.

4.10    В силу большой тепловой инерции грунта, вовлеченного в теплообмен, суточные колебания температуры окружающего воздуха в пределах одних суток не оказывают заметного влияния на мгновенные значения теплопотерь.

4.11    В условиях постоянно протекающего нестационарного теплопереноса в грунтовых основаниях и его высокой тепловой инерции мгновенное значение приведенного сопротивления теплопередаче грунтовых оснований неприменимо для расчетов теплопотерь. Вместо мгновенных значений следует использовать средние значения за определенный период времени, например за год, за отопительный период, за наиболее холодный месяц и др.

4.12    Защита от теплопотерь в основания и выполнение санитарно-

гигиенического требования по пункту 5.7 СП 50.13330.2012 для смежных с основанием помещений    должны    соответствовать требованиям,

установленным в СанПиН 2.1.2.2645, СанПиН 2.2.4.548, ГОСТ 30494.

5 Исходные данные

5.1    Требуемые для проведения расчетов теплопотерь через основания

исходные данные делятся на четыре группы:    геометрические,

теплофизические, температурные и геологические.

5.2    Исходные данные могут относиться либо к одной из трех используемых методик расчета, либо одновременно к нескольким методикам.

5.3    Г еометрические исходные данные

К геометрическим    исходным    данным относятся данные,

характеризующие контакт здания с основанием и размеры расчетной области при использовании методики МНТП. В таблице 5.1 приведены перечень требуемых для расчетов геометрических данных и их принадлежность к используемым методикам.

Таблица 5.1 - Перечень геометрических исходных данных

Наименование параметра Принадлежность к методике МОЗ АМР МНТП Длина здания /., м + +’ + Ширина здания И, м + +’ + Площадь основания под зданием S, м2 - +*• Длина периметра здания Р, м - +*• Высота заглубленной в грунт части здания (от пола до уровня грунта) г, м + + + Глубина расчетной области в грунте от верхнего уровня земли /;, м + Ширина расчетной области /, м - - + Толщина цокольной части стены здания - + + W, м

* Не задается если заданы S и Р. " Задается для зданий сложной формы в горизонтальном сечении.

5.4 Теплофизические исходные данные

К теплофизическим исходным данным относятся теплофизические свойства грунтового основания, а также элементов здания, контактирующих с основанием. К ним относятся коэффициенты теплопроводности грунта, удельные теплоемкости грунта, термическое сопротивление элементов здания, контактирующих с грунтовым основанием, термическое сопротивление поверхности грунта вокруг здания и коэффициенты теплоотдачи в воздух. В таблице 5.2 приведены требуемые для расчетов теплофизических данные и их принадлежность к используемым методикам.