eng
Содержание
Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Предисловие к русскому изданию . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Глава 1. Теплозащита . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.1.
Основы теплозащиты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.1.1.
Задачи теплозащиты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
1.1.2.
Источники тепла . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
1.1.3.
Геотермия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.1.4.
Факторы, влияющие на теплозащиту . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.1.5.
Теплопередача . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17
1.2.
Физические основы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19
1.2.1.
Основные физические величины теплозащиты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19
1.2.2.
Ощущение комфорта в помещении . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.2.3.
Возможности энергосбережения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.3.
Расчеты, подтверждающие выполнение требований по теплозащите . . . . . . . . . 29
1.3.1.
Расчет для подтверждения выполнения требований по теплозащите
согласно DIN 4108 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.3.2.
Среднее значение величины U/R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
1.3.3.
Общий энергетический коэффициент пропускания g . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
1.4.
Подтверждение выполнения требований теплозащиты согласно
Постановлению об энергосбережении (EnEV) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
1.4.1.
Постановление об энергосбережении и его связь с национальными
стандартами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
1.4.2.
Область применения Постановления об энергосбережении . . . . . . . . . . . . 42
1.4.3.
Основные методы расчета согласно Постановлению об энергосбережении 44
1.4.4.
Термины и определения Постановления об энергосбережении . . . . . . . . . 45
1.4.5.
Размеры здания и их использование в EnEv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
1.4.6.
От конечной энергии QE к первичной энергии Qр . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
1.4.7.
Внутренние теплопоступления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
1.4.8.
Солнечные теплопоступления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56
1.4.9.
Воздухонепроницаемость / Испытания на воздухонепроницаемость . . . . . 58
1.4.10.
Теплопотери за счет вентиляции и инфильтрации . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
1.4.11.
Накопление тепла . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
1.5.
Методы расчета для подтверждения выполнения требований согласно
Постановлению об энергосбережении (EnEV 2009) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
1.5.1.
Метод месячного энергетического баланса (МВ-метод)/поэлементный
метод (ВТ-метод) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
1.5.2.
Санация существующих зданий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
1.5.3.
Определение годовой потребности в первичной энергии
в последовательности от 1 до 10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
1.5.4.
Максимальное значение общего коэффициента теплопередачи U
согласно EnEV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
1.5.5.
Методы расчетов для существующих зданий (старые постройки) . . . . . . . 74
1.6.
Характеристики материалов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
1.7.
Примеры расчета и применение теплозащиты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .82
1.8.
Энергетический баланс . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .139
1.9.
Летняя теплозащита . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
1.9.1.
Роль окна в летней теплозащите и теплозащитное остекление . . . . . . . . . 146
1.9.2.
Сравнение характеристик отдельных строительных материалов
с точки зрения летней и зимней теплозащиты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
1.10.
Методы расчетов для вновь возводимых зданий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .151
608
Глава 1. Теплозащита
1.11.
Отопительные системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
1.12.
Базовые значения интенсивности излучения и температура наружного
воздуха для базового климата Германии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
1.12.1.
Значения интенсивности излучения для некоторых базовых регионов . . 175
1.13.
Вновь возводимые жилые здания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
1.14.
Изменение размеров конструктивных элементов вследствие влияния
изменения температуры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
1.14.1.
Примеры расчета плоских крыш . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .213
1.14.2.
Виды плоских крыш . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
1.14.3.
Примеры расчета различных строительных элементов . . . . . . . . . . . . . . 223
Глава 2. Влажность — защита от влажности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
2.1.
Виды влаги . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
2.2.
Агрегатные состояния . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
2.3.
Виды воды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
2.4.
Круговорот воды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
2.5.
Вода и ее значение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .232
2.6.
Капиллярность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
2.7.
Гидроизоляция и пароизоляция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
2.7.1.
Гидроизоляция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
2.7.1.1.
Гидроизоляция от безнапорной воды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
2.7.1.2.
Гидроизоляция против воды под напором (грунтовых вод) . . . . . 238
2.7.1.3.
Швы — шовные ленты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
2.7.2.
Пароизоляция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
2.8.
Влажность воздуха . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
2.8.1.
Абсолютная влажность воздуха . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
2.8.2.
Относительная влажность воздуха . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
2.9.
Образование конденсата — точка росы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .244
2.10.
Водонепроницаемость — паронепроницаемость — задерживание водяного
пара — пароизоляция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
2.10.1.
Коэффициент сопротивления паропроницанию ( ) . . . . . . . . . . . . . . . . 248
2.11.
Сравнение теплозащиты и защиты от влаги . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
2.12.
Объяснение принципа теплового потока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
2.13.
Объяснение принципа пароизоляции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
2.14.
Давление водяного пара . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
2.15.
Защита от влаги вследствие диффузии водяного пара . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
2.15.1.
Условия влагозащиты согласно DIN 4108 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
2.15.2.
Предотвращение выпадения влаги на поверхности конструкции . . . . . . 255
2.15.3.
Предотвращение выпадения конденсата внутри ограждающих
конструкций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
2.15.4.
Краевые условия по DIN 4108 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
2.16.
Диаграмма Глазера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
2.16.1.
Период водонакопления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
2.16.2.
Объяснение построения диаграммы Глазера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
2.16.3.
Период испарения (высыхания) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262
2.17.
Мероприятия по предотвращению выпадения конденсата внутри конструкции 264
2.18.
Возможные случаи выпадения конденсата по диаграмме Глазера . . . . . . . . . . 266
2.18.1.
Нет выпадения конденсата . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
2.18.2.
Выпадение конденсата в одной плоскости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
2.18.3.
Выпадение конденсата в двух плоскостях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
2.18.4.
Выпадение конденсата в одной области . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
2.19.
Исследование влажностного состояния различных конструкций . . . . . . . . . . . 268
2.20.
Элементы конструкций, требующие особого внимания с энергетической
точки зрения и их последствий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .338
2.20.1.
Виды мостиков холода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
2.20.2.
Мостики холода: примеры расчета . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .341
609
2.20.3.
Расчеты для мостиков холода согласно DIN 4108 Приложение 2 . . . . . . 347
2.21.
Образование плесневых грибов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352
2.21.1.
Задачи по предотвращению образования плесневых грибов . . . . . . . . . . 359
2.21.2.
Наружная стена с различных точек зрения по аспектам защиты от
влажности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372
2.21.3.
Образование водорослей на наружных стенах с многослойными
системами теплоизоляции (WDVS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375
2.22.
Дождь . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379
2.23.
Капиллярноактивные теплоизоляционные материалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
2.24.
Парозадерживающие материалы, адаптирующиеся к влажности . . . . . . . . . . . 384
2.25.
Крыша как особая часть постройки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .385
Глава 3. Звук — защита от шума . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388
3.1.
Значение защиты от шума . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .388
3.2.
Звук . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389
3.2.1.
Частота . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
3.2.2.
Амплитуда . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
3.2.3.
Терминология звука . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391
3.3.
Основные понятия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392
3.3.
Основные понятия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393
3.4.
Порог слышимости — болевой порог . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398
3.5.
Соотношение фон — децибел . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400
3.6.
Шкала громкости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401
3.7.
Виды шума . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402
3.8.
Акустика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403
3.8.1.
Время реверберации Т . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403
3.8.2.
Граничная частота . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .406
3.9.
Пути прохождения звука через конструкцию . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .408
3.9.1.
Звукопоглощение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408
3.9.2.
Коэффициенты звукопоглощения s различных вариантов отделки . . . . . 409
3.9.3.
Звукопоглотители . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410
3.9.4.
Отражение звука . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411
3.10.
Звукоизоляция строительных конструкций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413
3.10.1.
Изоляция от воздушного шума . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413
3.10.2.
Расчетный метод оценки величины звукоизоляции по
вышеприведенному примеру . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416
3.10.3.
Графический метод определения величины звукоизоляции . . . . . . . . . . 416
3.10.4.
Определение величины звукоизоляции в октавных интервалах . . . . . . . 417
3.10.5.
Графический метод для определения величины звукоизоляции . . . . . . . 417
3.11.
Определение оцененной величины звукоизоляции перед возведением
сооружения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419
3.11.1.
Графические методы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .419
3.11.2.
Расчетное определение оцененной величины звукоизоляции . . . . . . . . . 422
3.11.2.1
Однооболочковые стены без проемов, таких, как двери и окна . . 422
3.11.2.2.
Однооболочковые стены с проемами, такими как двери, окна . . 424
3.11.2.3.
Графический метод определения общей величины
звукоизоляции комбинированных конструкций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425
3.11.2.4.
Расчетный метод определения общей величины
звукоизоляции Rобщ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426
3.11.2.5.
Краткая форма расчета звукоизоляции комбинированных
конструкций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428
3.11.2.6.
Общая величина звукоизоляции стены с двумя различными
проемами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 430
3.11.2.7.
Поправочные значения оцененной величины
звукоизоляции для фланкирующих конструкций . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432
3.12.
Двухоболочковые конструкции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .435
610
Глава 1. Теплозащита
3.12.1.
Резонансная частота fR (частота собственных колебаний) . . . . . . . . . . . 437
3.12.2.
Резонансная частота fR двухоболочковой конструкции со свободно
вложенным в прослойку мягко пружинящим изоляционным слоем . . . . . 438
3.12.3.
Связь изоляционного слоя с обеими оболочками по всей плоскости . . . 441
3.12.4.
Расчетное определение величины звукоизоляции двухоболочковых
конструкций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444
3.12.5.
Конструкции стен с двумя гибкими оболочками . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447
3.12.6.
Улучшение звукоизоляции воздушного шума облицовочных оболочек . . 448
3.13.
Шаговый шум . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451
3.13.1.
Определение нормированного уровня шагового шума . . . . . . . . . . . . . . 451
3.13.2.
Конструкции перекрытий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454
3.13.3.
Предварительное определение оцененного нормативного уровня
шагового шума L n,W,R согласно DIN 12354 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455
3.13.4.
Поправка на передачу шагового шума при использовании
фланкирующих конструкций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 456
3.13.5.
Уменьшение шагового шума LW стяжек согласно DIN 12354 . . . . . . . . 457
3.14.
Стяжка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461
3.14.1.
Виды стяжек . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461
3.14.2.
Мостики звука . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464
3.15.
Расчет перекрытий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .465
3.15.1.
Подвесные потолки под массивными перекрытиями . . . . . . . . . . . . . . . 466
3.15.2.
Перекрытия по деревянным балкам . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467
3.15.3.
Эквивалентные оцененные величины звукоизоляции от ударного
шума под перекрытием L n,W,eq и величины звукоизоляции от
воздушного шума перекрытий по деревянным балкам . . . . . . . . . . . . . . . 468
3.16.
Окна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472
3.16.1.
Остекление с функциями звукозащиты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475
3.17.
Двери . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476
3.18.
Лестницы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 477
3.19.
Шум в инженерных системах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 480
3.19.1.
Водопровод питьевой воды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 480
3.19.2.
Трубопроводы канализации (водоотведение) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481
3.19.3.
Санитарное оборудование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481
3.19.4.
Устройства отопления и климатизации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482
3.19.5.
Минимальные требования по звукозащите согласно DIN 4109 . . . . . . . 482
3.20.
Определение общего уровня шума . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487
3.20.1.
Несколько одинаковых источников шума . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .487
3.20.2.
Несколько различных источников шума . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .488
3.21.
Шумозащита в градостроительстве . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489
3.21.1.
Виды шума . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490
3.21.2.
Виды источников шума . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .490
3.21.3.
Шумозащитные стены . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493
3.22.
Удаление от источника шума . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .499
Глава 4. Пожарная защита . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503
4.1.
Пожар — пожарная безопасность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503
4.2.
Классы строительных материалов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504
4.2.1.
Негорючие строительные материалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .504
4.2.2.
Горючие строительные материалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .504
4.3.
Отдельные строительные материалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505
4.4.
Строительные конструкции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 508
4.5.
Поведение строительных конструкций при пожаре . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 509
4.5.1.
Классы огнестойкости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 509
4.6.
Специальные строительные конструкции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 513
4.6.1.
Брандмауеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 513
4.6.2.
Огнезащитные заполнения проемов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 514
611
4.6.3.
Остекление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 514
4.6.4.
Вентиляционные короба, трубопроводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 516
4.6.5.
Лестницы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 516
4.6.6.
Лестничные клетки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .517
4.6.7.
Коридоры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 517
4.6.8.
Пожарные отсеки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 517
4.7.
Некоторые примеры конструкций и их классы огнестойкости по DIN 4102,
часть 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .518
4.8.
Классы пожарозащиты согласно Европейскому стандарту . . . . . . . . . . . . . . . . 523
4.9.
Классификация пожарных характеристик строительных материалов согласно
Европейскому стандарту DIN EN 13501 и сравнение с DIN 4102, а также
соответствующие требования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 526
4.10.
Характеристики строительных материалов и слоев строительной
конструкции или целых конструкций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527
Глава 5. Строительная химия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 528
5.1.
Задачи строительной химии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .528
5.2.
Газы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529
5.2.1.
Газы как причина повреждений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .530
5.3.
Кислоты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 530
5.4.
Щелочи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .531
5.5.
Показатель рН . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 532
5.6.
Соли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533
5.7.
Кругооборот извести . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 536
5.8.
Коррозия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 537
5.8.1.
Электрохимический ряд напряжений по Гальвани . . . . . . . . . . . . . . . . . 538
5.9.
Цветные металлы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 539
5.10.
Вода как причина повреждений в строительстве . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .540
5.10.1.
Вода как средство для создания растворов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 540
5.10.2.
Вода как участник в химических реакциях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .540
5.10.3.
Вода как средство переноса других веществ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 540
5.10.4.
Вода как взрывной фактор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 541
5.10.5.
Вода как фактор нанесения ущерба . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 541
5.10.6.
Вода, как фактор, способствующий росту . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 542
5.11.
Кислоты как причина повреждений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .542
5.11.1.
Происхождение кислот . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543
5.12.
Фактор повреждений — щелочи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .545
5.12.1.
Происхождение щелочей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .547
5.13.
Соли как фактор повреждений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 547
5.14.
Повреждающий фактор — микроорганизмы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 550
5.15.
Правила для предотвращения строительных повреждений . . . . . . . . . . . . . . . 551
Глава 6. Строительная светотехника — естественное освещение . . . . . . . . . . . . . . . . 554
6.1.
Общие положения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 554
6.2.
Основные понятия, величины, единицы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .556
6.3.
Инженерный метод расчета КЕО . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .558
6.4.
Понятие о световом климате местности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 579
6.5.
Нормирование естественного освещeния . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 586
6.6.
Проектирование систем естественного освещения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 589
6.7.
Примеры проектирования и расчетов естественного освещения . . . . . . . . . . . . 595
612
Глава 1. Теплозащита
ПРЕДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ
Книга немецкого ученого Вальтера Блези является попыткой совместить во-
просы проектирования ограждающих конструкций со сложнейшим комплек-
сом проблем строительной теплотехники, строительной акустики, звукоизоля-
ции и пожарозащиты, а также строительной химии. В этом плане она является
одной из первых попыток создать комплексную методику проектирования
ограждающих конструкций, необходимость которой давно назрела.
В настоящее время проектирование ограждающих конструкций, которому
традиционно уделялось мало внимания, ведется как бы раздельно по несколь-
ким направлениям. Отдельно обеспечивается теплозащита ограждающих кон-
струкций для зимних и летних условий о отделяется их влажностный режим за
годовой цикл увлажнения и высыхания. Отдельно рассматриваются вопросы
звукоизоляции и пожарозащиты в основном для внутренних ограждающих
конструкций. При этом вопросы строительной химии, как правило, вообще не
рассматриваются. Аналогично ведется и преподавание в области проектиро-
вания ограждающих конструкций. При этом могут возникнуть, например, та-
кие случаи, когда при дополнительном утеплении стен крупнопанельных зда-
ний постройки 1970—1980-х годов вдруг резко нарушается их звукоизоляция и
т.п. Комплексный подход к проектированию позволяет избежать таких явле-
ний путем правильного подбора на стадии проектирования утеплителя и на-
ружной отделки утепляемых стен.
На первый взгляд, книга перегружена примерами. Однако их обилие в ко-
нечном итоге становится ее достоинством, т.к. ей удобно пользоваться как
проектировщикам, получающим быстрый ответ на свои вопросы, так и препо-
давателям и студентам архитектурных и строительных высших учебных заведе-
ний.
При пользовании книгой следует учитывать, что все примеры приводятся
для климатических условий Германии. Однако общие закономерности остают-
ся справедливыми и для климата России.
Особый интерес вызовет сравнение приведенных в книге нормативных
данных и методик с недавно вышедщими Нормами СНиП 23-02-2003 «Тепло-
вая защита зданий» и соответствующим Сводом Правил к ним, в которых рег-
ламентируется подобный подход к проектированию общей теплозащиты по
максимально допустимым теплопотерям здания в целом. Это дает возмож-
ность воспитать осмысленный подход к вопросам теплозащиты зданий и к
учету вопросов строительной физики при их проектировании.
Книга предназначена для проектировщиков гражданских и промышлен-
ных зданий, а также для преподавателей и студентов архитектурных и строите-
льных высших учебных заведений. Кроме того, она может быть использована
в системе повышения квалификации специалистов.
А.К.Соловьев, профессор, кандидат технических наук,
академик Европейской Академии Наук и Искусств
Влагозащита
Летняя
теплозащита
Зимняя
теплозащита
Шумозащита
Шумозащита
Строительная физика
Теплозащита Влагозащита Шумозащита Пожарозащита
Летняя
тепло-
защита
Зимняя
тепло-
защита
Защита от
конденса-
ционной
влаги
Огнестой-
кость кон-
струкций
и частей
Огнестой-
кость
мате-
риалов
Защита от
ударного
шума пе-
рекрытий
Защита
от кор-
пусных
шумов
Защита
от воз-
душного
шума
Защита
от
дождя
Защита
от грун-
товых
вод
По
DIN
4108
Внутри
конст-
рукций
На
поверх-
ности
конст-
рукций
По Поста-
новлению
об энер-
госбере-
жении
По методу
месячного
энерге-
тического
баланса
Поэле-
ментный
метод
По методу
базового
здания
ÃËÀÂÀ 1
ÒÅÏËÎÇÀÙÈÒÀ
1.1. Основы теплозащиты
1.1.1.Задачи теплозащиты
1. Понятие о комфорте в помещении.
Здание должно не только служить убежищем, но и создавать комфорт и
поддерживать здоровье.
Комфорт в помещении зависит от:
• Температуры внутреннего воздуха: оптимально 20 °С—22 °С.
• Температуры внутренних поверхностей стен, ограждающих помещение: ми-
нимум 16 °С—18 °С. В противном случае появляется ощущение сквозняка.
• Тепловой инерции (накопление тепла) стен, ограждающих помещения.
• Барачный микроклимат: быстрый нагрев, быстрое охлаждение.
• Температуры поверхности пола: оптимально 22 °С—24 °С.
• Относительной влажности воздуха в помещении:
Нормально 50%—60%
< 40% — сухость слизистой оболочки.
> 60% — тепличный климат.
• Движение воздуха: максимально 0,2 м/с.
> 0,2 м/с — ощущение сквозняка
• Деятельности человека: сидячая работа
• подвижная работа.
2. Задачи, имеющие конструктивные причины.
Напряжение вследствие влияния температуры ведут к повреждениям стро-
ительных конструкций (летом — температурное расширение: зимой — умень-
шение размеров). Косвенные повреждения из-за воздействия влаги должны
быть предотвращены.
3. Задачи из условий экономии энергии.
Запросы людей возрастают, растет их жизненный уровень, сырьевые запа-
сы становятся дефицитными продуктами, то есть они невоспроизводимы, их
запасы ограничены. Расход энергии на отопление и охлаждения должен под-
держиваться на минимально возможном уровне.
4. Задачи из условия защиты окружающей среды.
Сжигание жидкого топлива для отопительной цели и в качестве горючего
усиливает нагрузку на окружающую среду вследствие образования вредных га-
зов и кислот.
S O SO 2 2 H SO
+H O
2 3
2 сернистая кислота
S O SO 3 3 H SO
+H O
2 4
2 серная кислота
C O2 CO2 H CO
+H O
2 3
2 угольная кислота
N O2 NO2 H NO
+H O
2 3
2 азотная кислота
Для снабжения энергией имеются многие источники.
1.1.2. Источники тепла
Источники тепла
Природные Искусственные
1. Солнце. Солнечная энергия
(солнечная энергетика)
Солнечные коллекторы: Вода нагревается в
коллекторе и дает тепло потребителю воды
(солнечные водонагревательные системы).
Солнечные фотоэлементы: Кремневые фото-
элементы преобразуют фотоэлектрическим пу-
тем солнечную энергию в электрический ток
(фотовольтаика).
2. Вода. Тепловой насос: Вода-Вода.
Тепловая энергия отбирается у грунтовых вод,
речной или морской воды и используется для
подогрева потребительской воды.
Или: Рекуперативное получение тепла из кана-
лизационной воды.
3. Воздух. Тепловой насос: Воздух-Вода
Наружный воздух отсасывается, уплотняется в
теплонасосе и таким образом отбирается тепло-
вая энергия для нагрева потребительской воды.
Или рекуперация тепла из воздуха, отводимого
из помещения при его кондиционировании.
4. Земля. Тепловой насос:
Соляной раствор-Вода.
Тепловую энергию забирают в земле, распола-
гая зонды на глубине 60—100 м (геотермия, ис-
пользование энергии горячих источников).
5. Грунт. Выращивание растений для получения
горючего, например рапсовое масло, био-ди-
зель.
6. Ветер. Ветровые электростанции: производство
электроэнергии
1. Механические:
трение
2. Химические:
уголь, нефть, газ.
3. Электрические:
ток.
4. Атомные:
ядерная энергия
Температурные шкалы
Цельсия Кельвина
1.1. Основы теплозащиты 13
Точка
кипения
воды
Точка
замерзания
воды
(таяние
льда)
Точка
абсолют-
ного нуля
1.1.3. Геотермия
Геотермия (ГТ)
Поверхностная
геотермия
Глубинная
геотермия
Грунтовые
коллекторы
Тепловые
грунтовые зонды
Энергоноситель —
грунтовые воды
Тепловые насосы
грунт-вода
Тепловые насосы
соляной раствор-вода
Тепловые насосы
вода-вода
Гео-термия (греч. гео — земля, термия — тепло) обозначает
тепловую энергию, которая находится в земле, но иногда на-
блюдается на поверхности в явном виде. Земля обладает бо-
льшим энергетическим потенциалом, использование этого
потенциала и является основной задачей геотермии
Грунтовые коллекторы Уже на небольшой глубине, примерно в 2 метра возможно с
помощью прокладки коллекторов (трубы из полиэтилена вы-
сокой плотности), проложенных как для систем напольного
отопления, получать тепловую энергию из земли. Для этого
требуются большие площади, что при сегодняшних размерах
земельных участков делает невозможным использование
этого вида геотермии. Кроме того, на рис. 1.2 видно, что вы-
работка тепловой энергии грунта подвержена ежегодным се-
зонным колебаниям. Чтобы использовать тепловую энергию,
накопленную в грунте под действием солнечного излучения,
площади, на которых установлены коллекторы, не должны за-
страиваться
Грунтовые зонды В качестве энергоносителя, т. е. источника энергии, здесь
также используется грунт.
В зависимости от потребности в тепловой энергии устанав-
ливаются несколько тепловых зондов в форме звезды под на-
клоном, для предотвращения сильного точечного охлаждения
области грунта. Граница, до которой разрешено использова-
ние территории, пролегает на глубине примерно 100 метров.
Вокруг пробуренных отверстий для обеспечения полного кон-
такта с грунтом требуется заполнение по всей поверхности.
Только при полном контакте с грунтом обеспечивается опти-
мальная передача тепловой энергии на зонд. Грунтовые зон-
ды из-за необходимости бурения стоят дороже, чем грунто-
вые коллекторы, однако зонды в течение всего года имеют
диапазон температур примерно 12 °С, в то время как диапа-
зон температур для грунтовых коллекторов в зависимости от
времени года составляет от +5 °С до +15 °С
14 Глава 1. Теплозащита
Рис. 1.1. Строение земли
Рис. 1.2. Тепловые
насосы грунт-вода
Рис. 1.3. Тепловые
насосы рассол-вода
Энергоноситель — грунтовые воды Другая — и может быть наиболее часто испо-
льзуемая — возможность поверхностной гео-
термии (ГТ) заключается в использовании
энергии, накопленной грунтовыми водами.
Грунтовые воды в течение всего года имеют
относительно одинаковую температуру, кото-
рая, однако, для тепловых насосов должна
иметь достаточно высокий уровень для испо-
льзования данных грунтовых вод в целях ото-
пления.
В таких системах требуется всасывающих и
поглощающих колодцев. Эти всасывающие и
поглощающие колодцы не должны располага-
ться рядом друг с другом для предотвращения
смешивания охлажденной примерно до 4 °С
водой из области всасывающего колодца. Не
каждый участок застройки позволяет установку
всасывающих и поглощающих колодцев. Здесь
хорошей альтернативой для термической
энергии могут стать тепловые насосы типа со-
ляной рассол-вода. Как тепловые насосы во-
да-вода (WWP), так и тепловые насосы рас-
сол-вода (SWP) могут работать как реверсив-
ные тепловые насосы, т. е. летом отводить
энергию и обеспечивать охлаждение, а зимой
производить тепловую энергию для отопления
Глубинная геотермия
Поверхностная геотермия
Рис. 1.5. График температур в земле:
1 – осень; 2 – зима; 3 – лето; 4 – весна
В то время как при поверхностной геотермии
тепловые насосы используются для нагрева
среды до более высоких температур, исполь-
зуемая в глубинной геотермии вода, храняща-
яся на большой глубине, настолько горяча, что
ее можно использовать с целью отопления в
системах отбора тепловой энергии значитель-
но большего размера или для получения элект-
рической энергии. С помощью бурения геотер-
мальная вода поставляется к месту ее исполь-
зования (отбора тепловой энергии), а затем
охлажденная вода посредством двух пробу-
ренных скважин вновь возвращается в место
ее хранения.
Различают:
1. Гидротермальные системы
Здесь речь идет о расположенных на большой
глубине (200—5000 м) горячих источниках с
температурами воды от 130 °С до 160 °С.
Основными аспектами для данных систем яв-
ляется температура, а также их количество
производимой воды.
2. Петротермальные системы
В этих системах тепловая энергия забирается
у «сухих» горных пород, преимущественно за-
легающих на большой глубине. Чем плотнее
горная порода, тем больше энергии она может
накопить, и тем быстрее происходит передача
тепловой энергии из рециркуляционного кон-
тура в месте забора энергии.
В Германии из-за геологической структуры
данная система может использоваться при-
мерно на 90 %.
Температура увеличивается примерно на 3 °С
(3 К) на каждые 100 метров увеличения глуби-
ны
1.7. Примеры расчета и применение теплозащиты 15
Рис. 1.4. Тепловые насосы вода-
вода
Геотермический теп-
ловой поток
Прямое солнечное излучение и осадки
Поверхно-
стная об-
ласть на-
копителей
тепловой
энергии
из грунта
Начало
нейтраль-
ной зоны
Конец
нейтраль-
ной зоны
Начало
области
глубинной
геотермии
Постоянно 10 °С
Поверхностная
геотермия
+3 К/100 м
1.1.4. Факторы, влияющие на теплозащиту
Факторы, влияющие на теплозащиту
Летняя теплозащита Зимняя теплозащита
1. Солнцезащитные устройства, такие, как
Маркизы
Солнезащитные крыши
Жалюзи (наружные наиболее эффективны)
2. Накопление тепла в ограждающих конст-
рукциях, таких как
Стены
Потолки (полы)
Их влияние выражается в благоприятном со-
отношении амплитуд температуры на их
внешних и внутренних поверхностях.
3. Расположение отдельных слоев в много-
слойных ограждающих конструкциях — вы-
сыхание конструкций в летние месяцы (пе-
риод выпаривания влаги), тепловая инерция
и сдвиг по фазе температурных колебаний
на поверхности конструкции.
4. Общий коэффициент пропускания энер-
гии окнами и прочими светопрозрачными
конструкциями, такими, как
Наружные двери
Зимние сады
Прозрачная теплозащита
Стекла с металлическим напылением
(наружные стекла)
5. Отношение площади окон и других свето-
прозрачных конструкций к площади поверх-
ности наружных ограждающих конструкций
здания.
6. Географическое положение здания:
Широта
Высота над уровнем моря
Условия облачности
7. Ориентация окон и других светопрозрач-
ных конструкций по сторонам света. Различ-
ные солнцезащитные устройства в зависи-
мости от ориентации.
8. Возможности вентиляции:
Принудительная вентиляция с помощью
вентиляционных установок,
Естественная вентиляция посредством
открытия окон в частности ночью или
ранним утром (по углам по диагонали
наиболее эффективна). Ударное провет-
ривание в частности зимой с энергетиче-
ской точки зрения лучше, чем длительное
проветривание, т. к. в данном случае ме-
няется только весь объем воздуха, а на-
копленная тепловая энергия остается в
стенах.
9. Окраска наружных поверхностей стен
Светлые поверхности отражают тепловые
лучи
Темные поверхности поглощают тепловые
лучи.
1. Теплоизоляция ограждающих конструк-
ций, таких, как
Стены
Перекрытия
Окна
Наружные двери
2. Тепловая инерция ограждающих конструк-
ций, таких, как
Стены
Потолки (полы)
Для комфорта человека вблизи стен а также
для предотвращения конденсата влаги теп-
ловая инерция конструкций имеет очень
важное значение.
3. Расположение отдельных слоев в много-
слойных ограждающих конструкциях. Прави-
льная последовательность слоев изнутри —
наружу особенно важна. Образование кон-
денсата внутри конструкции.
4. Общий коэффициент пропускания энер-
гии окнами и прочими светопрозрачными
конструкциями, такими, как
Наружные двери
Зимние сады
Прозрачная солнцезащита
Стекла с металлическим напылением
(внутренние стекла)
5. Отношение площади окон и других свето-
прозрачных конструкций к площади поверх-
ности наружных ограждающих конструкций
здания. (окна часто являются слабыми мес-
тами).
6. Географическое положение здания:
Широта
Высота над уровнем моря
Условия облачности
Частота туманов
7. Ориентация окон и других светопрозрач-
ных конструкций по сторонам света. Солнеч-
ные теплопоступления различны в зависимо-
сти от ориентации, см. раздел 1.12.
8. Воздухонепроницаемость строительных
конструкций и мест их примыканий
9. Воздухообмен:
Открывание окон и наружных дверей
Воздухообмен посредством механических
вентиляционных систем с рекуперацией
тепла и без нее.
16 Глава 1. Теплозащита
1.1.5. Теплопередача
Причиной того, что в помещении имеют место примерно одинаковые темпе-
ратуры, независимо от расположения источников тепла, или того что темпера-
тура в помещении после отключения отопления понижается с различной ско-
ростью, являются различные возможности передачи тепла.
Виды теплопередачи
Теплопроводность
Тепловые потоки
и тепловая конвекция
Тепловая радиация
Теплопроводность
Передача тепла от молекулы к молекуле у жестких материалов.
Теплопроводность выражается измеренным значением коэффициента теп-
лопроводности
Чем меньше величина , тем лучше теплоизоляция
Тепловые потоки и тепловая конвекция
Передача тепла вместе с потоком теплоносителя
Тепловой поток: в жидкостях Тепловая конвекция: в воздухе (газах)
Принцип: водяное отопление
1.7. Примеры расчета и применение теплозащиты 17
Рис. 1.6. Гвоздь ста-
новиться горячим
Рис. 1.7. Дерево не
нагревается
Рис. 1.8. Спички воспламе-
няются на различных ме-
таллах в различное время
Вода
Рис. 1.9. Вода циркулиру-
ет в трубке и расширяется
Рис. 1.10. Воздух циркулирует от
отопительного прибора и к нему
Тогда как при теплопроводности молекулы остаются на месте, при тепло-
вом потоке или конвекции тепло переносится изменяющими свое положение
частичками вещества, имеющими определенный тепловой потенциал.
Конвекция происходит преимущественно следующим образом: воздух рас-
ширяется около поверхности отопительного прибора при нагревании. В резу-
льтате уменьшается его плотность, и удельный вес становится меньше. Более
легкий воздух поднимается вверх, охлаждается, снова становится тяжелее и
опускается вниз. Так возникает круговорот, который распространяется почти
на все помещение и сохраняет в нем примерно одинаковую температуру.
Тепловая радиация
Тепловая энергия с помощью радиации может передаваться как через за-
полненное воздухом, так и через безвоздушное пространство. Тепловые лучи
имеют различные длины волн, и не связаны с материей. Поэтому они без по-
терь могут пронизывать безвоздушное пространство (космос). Поступающие
на тело тепловые лучи частично поглощаются, частично отражаются. Эффект
поглощения используется в солнечных коллекторах, причем поверхность кол-
лекторов окрашивается в черный цвет. Отражение используется когда нужно
задержать радиационное тепло в помещении, как например в случае покрыто-
го отражающим слоем одного из стекол в стеклопакете.
18 Глава 1. Теплозащита
Внутри Снаружи
Рис. 1.11. Теплозащитный стек-
лопакет: покрытие на внутрен-
нем стекле.
Тепло должно быть задержа-
но в помещении
Внутри Снаружи
Возможно теплая кромка
Рис. 1.12. Солнцезащитный
стеклопакет: покрытие на на-
ружном стекле.
Тепло не должно попасть
в помещение
Рис. 1.13. Алюминиевая пленка:
за отопительным прибором.
Рис. 1.14. Поверхность нагре-
ва направляет тепловое излу-
чение в помещение
Напольное отопление
1.2. Физические основы
1.2.1. Основные физические величины теплозащиты
1. Количество тепла Q: единица Вт · с
Под количеством тепла Q (Вт·с) понимают
такое количество энергии, которое может быть
отдано или воспринято телом при тепловом по-
токе (Вт) за секунду (1 с).
2. Теплопроводность
— маленькая греческая буква (произно-
сится ламбда). Расчетная величина теплопро-
водности показывает количество тепла в Вт·с,
которое проходит в стационарном режиме (при
постоянно работающем отоплении) в 1 секунду
через 1 м2 слоя материала толщиной 1 м, когда
разность температур на внешней и внутренней
поверхностях слоя составляет 1 кельвин
(1 К 1 °С).
Единица: Вт·с·м/с·м2·К = Вт/(м·К)
Чем больше , тем больше теплопроводность.
Чем меньше , тем лучше теплоизоляция.
Теплопроводность зависит от:
• Плотности материала
Воздух имеет очень хорошие теплоизоля-
ционные свойства ( = 0,025 Вт/(м·К)).
Материалы с малой плотностью имеют,
как правило, много воздушных пор, ко-
торые улучшают их теплоизоляционные
свойства.
• Вида величины и распределения пор
Вид: круглые, шарообразные поры луч-
ше, чем продолговатые.
Величина: много маленьких пор лучше,
чем меньшее количество больших.
Распределение: равномерное распределе-
ние лучше, чем неравномерное.
• Влагосодержания материала
Оно зависит от:
— Структуры материала (поры, строе-
ние)
— Положения в конструкции (подход
воздуха)
1.2. Физические основы 19
Рис. 1.15.
Количество тепла:
1 Дж = 1 Вт·с = 1 Н·м
Тепловой поток:
1 Дж/с = 1 Вт = 1 Н·м/с
Пробирка
Без
фольги
Фольга
Tемпература в Tемпература в
пробирке равна пробирке
температуре меньше чем
в корыте в корыте
Рис. 1.16.
Термометр
— Климатические воздействия (внутри—снаружи)
— Из-за воздушных пор ( = 0,025 Вт/м·К), заполненных водой
( = 0,64 Вт/м·К), теплоизоляционные характеристики ухудшаются (при-
мер — мокрое платье).
Увлажнение ухудшает теплоизолирующую способность.
• Температура материала.
Молекулы теплых материалов более подвижны, чем молекулы холодных ма-
териалов. Чем ниже температура материала, тем хуже теплопроводность.
Чтобы получить сравнимые значения DIN 4108 предписывает определять
теплопроводность при температуре +10 °С.
3. Коэффициент теплопередачи .
( — большая греческая буква Ламбда)
Коэффициент теплопередачи показывает, какое
количество тепла (Вт·с) в стационарном режиме про-
ходит через 1 м2 элемента однородной ограждающей
конструкции толщиной d (в м) за секунду (1 с), если
разность температур поверхностей конструкции со-
ставляет 1 кельвин (1 К 1 °С).
Единица: /d = Вт/м·К/м = Вт/м2·К
4. Сопротивление теплопередаче R.
Единица: R (м2·К/Вт).
Для оценки ограждающей конструкции с энергетической точки зрения яв-
ляется определяющим не то, какое количество тепловой энергии она пропус-
кает, а то, как велико ее сопротивление пропусканию тепла.
Чем больше сопротивление теплопередаче конструкции,
тем лучше ее теплоизолирующая способность.
Если конструкция состоит из нескольких слоев, то сопротивления тепло-
передаче отдельных слоев могут складываться.
R Толщина отдельного слоя
Его коэффициент теплопроводности
R
d d d d
1
1
2
2
3
3
n
n
Толщина слоя d в м
5. Коэффициент теплообмена h.
Коэффициент теплообмена h выражает количество тепла (в Вт·с) которое
в секунду (С) обменивается между 1 м2 поверхности твердого материала и ка-
сающимся его воздухом, когда разница температур между воздухом и поверх-
ностью материала составляет 1 кельвин.
20 Глава 1. Теплозащита
Рис. 1.17.
Тогда, как в строительной конструкции тепло передается вследствие теп-
лопроводности, на поверхностях стен теплопередача осуществляется за счет
радиации hS и конвекции hK.
Так, например: зимой наружная стена внутри холоднее, чем внутренний
воздух, тогда, как поверхность стены снаружи теплее наружного воздуха.
Для стен получается:
Внутренняя сторона: hi Ј hK + hS Ј 4 + 4 = 8 Вт/(м2·К)
Наружная сторона: hе Ј hK + hS = 13 + 10 = 23 Вт/(м2·К)
Единица измерения: Вт·с/(с·м2·К) = Вт/(м2·К)
h — heat (англ. тепло)
6. Сопротивление теплообмену R
h s 1
.
Единица: 1/(Вт/м2К) = м2К/Вт.
Сопротивление теплообмену зависит от:
• температуры воздуха
• движения воздуха
• характеристик поверхности стены (гладкая — шероховатая)
• расположение строительной конструкции (горизонтальная — вертикальная)
• направления теплового потока
• конструктивного исполнения строительного элемента (однооболочковый —
двухоболочковый)
7. Общий коэффициент теплопередачи U (величина U).
Под общим коэффициентом теплопередачи понимается вся транспорти-
ровка тепловой энергии от воздушного пространства через строительную кон-
струкцию и снова в соседнее воздушное пространство за ограждающей конст-
рукцией. В общий коэффициент теплопередачи U наряду с сопротивлени-
ем теплопередаче R также входят сопротивления теплообмену 1/hi и 1/hе (в
СНиП II-3-79* в и н). Общий коэффициент теплопередачи U (величина U)
представляет собой важнейшую характеристику строительной физики в тепло-
защите.
Под общим коэффициентом теплопередачи U понимают такое количество
тепловой энергии, которое проходит за секунду (с) через 1 м2 слоя материала
толщиной d (в м) в установившемся режиме отопления, если разность темпе-
ратур внутреннего и наружного воздуха составляет 1 кельвин (К).
U
h
R
h
1
1 1
i e
U
R R R
1
si se
где U (англ. Unit of heat-transfer) — единица измерения теплопередачи U в
Вт/(м2·К); R (англ. resistance) — сопротивление; i — interior — внутри, с внут-
ренней стороны; e — exterior — снаружи, с наружной стороны; s — surface —
поверхность.
1.2. Физические основы 21
Величину U определяют в стационарных,
т.е. лабораторных условиях.
Ее нельзя определять в нестационарных,
т.е. в неустановившихся условиях.
Для окон и других видов остекления
даются сразу величины U.
8. Общее сопротивление теплопередаче
RT (в СНиП II 3 79* — Rо).
R
h
R
h T
i e
1 1
R R R R T si se
R
h
d d d d
i he
T
n
n
1 1 1
1
2
2
3
3
Величина теплоизоляции конструкции
Единица: м2 К /Вт.
Эту формулу обычно используют для расчета величины U (RT 1/х ве-
личина U). Эту формулу используют также для получения распределения тем-
ператур внутри ограждающей конструкции.
9. Коэффициент удельной теплоемкости С.
Под этим понимают количество тепла, которое необходимо для того, что-
бы поднять температуру материала массой 1 кг на 1 кельвин (1 К).
Единица: Вт·с/(кг·К) = джоуль/(кг·К)
10. Коэффициент теплопроницания b1
Коэффициент теплопроницания дает сведения о том, какое количество
тепла (Вт·с) может проникнуть в материал через 1 м2 его поверхности так,
чтобы нагреть его на 1 К за время с0,5.
Единица: Дж/(м2·К·с0,5) = Вт·С/(м2·К·с0,5).
b R c
где в Вт/(м·К); в кг/м3; с в Дж/кг·К.
Большой коэффициент теплопроницания.
Много тепла проникает в единицу времени в материал и мало тепла оста-
ется для нагревания воздуха в помещении.
22 Глава 1. Теплозащита
Рис. 1.18. График температур
R — сопротивление тепло-
передаче конструкции или тер-
мическое сопротивление.
1В российской теплофизике и в СНиП II-3-79* аналогичная величина связана с неста-
ционарными условиями теплового режима и включает в себя круговую частоту колебаний
температуры на одной из поверхностей ограждающей конструкции. Она называется ко-
эффициентом теплоусвоения материала S (Вт/(м2·°С)).
S
z
2
R c, где z — период колебаний воздушной среды.
Следствие: помещение нагревается медленно.
Маленький коэффициент теплопроницания.
Меньше тепла проникает в единицу времени в материал, при этом остает-
ся больше тепловой энергии для нагревания воздуха в помещении. Для тепло-
ты полов, и, соответственно, для нагревания стен коэффициент теплопрони-
цания имеет решающее значение.
При одинаковой температуре бетонная поверхность ощущается более про-
хладной, чем деревянная. Для полов этот эффект, вследствие непосредствен-
ного контакта с телом человека, особенно заметен.
Таблица 1.1. Расчетные значения удельной теплоемкости с
и коэффициента теплопроницания b
с, Дж/кг·К b, Дж/м2·К·с0,5
Алюминий 800 20785
Сталь 400 13735
Бетон 1000 2240
Легкий бетон 1000 930
Цементная стяжка 1000 1670
Известковая штукатурка 1000 1250
Цементно-песчаный камень 1000 990
Стеновой кирпич 1000 900
Легкий многопустотный кирпич 1000 510
Газобетон 1000 340
Пробка 1700 160
Пенопласты 1500 35
Минерало-волокнистые материалы 1000 30
Дерево 2100 400
Материалы на основе древесины 2100 400
Воздух 1000 14
Вода 4200 1630
Например: бетон b 2,1 2400 100 = 2245 Дж/(м2·К·с0,5).
Дерево b 0,13 600 2100 = 405 Дж/(м2·К·с0,5).
11. Теплонакопительная способность Q.
Теплонакопительная способность играет большую роль как для летней, так
и для зимней теплозащиты зданий.
Летом. Конструкции, ограждающие помещение, в течение дня накаплива-
ют часть тепловой энергии и отдают её вечером и в ночные часы в охлаждаю-
щийся воздух помещения. Это позволяет избежать так называемого «барачно-
го» климата.
Теплонакопительная способность тем больше:
• чем больше поверхностная плотность конструкции (в кг/м2)
1.2. Физические основы 23
• чем больше величина удельной теплоемкости с
• чем больше разность температур между конструкцией и воздухом.
Зимой. Конструкции, ограждающие помещение в период работы отопле-
ния накапливают тепло и могут отдавать его в воздух помещения при отклю-
чении отопления. Кроме того, за счет теплонакопления достигается то, что
вблизи стен не возникает ощущение сквозняков и стена может излучать тепло.
Таким образом улучшается самочувствие человека вблизи стены.
Основное требование.
Наружные конструкции высокая теплоизолирующая способность
Внутренние конструкции высокая теплонакопительная способность.
надежная защита от воздушного шума.
Накапливаемая тепловая энергия определяется по формуле:
Q = m ·c· m = d
где m в кг/м2; с в Дж/кг·К; в °С или К.
Единица: Дж/м2.
Согласно DIN 4108 теплонакопительная способность рассчитывается для
строительных конструкций толщиной не более 10 см. Правило 10 см учитыва-
ет тот факт, что при наружном расположении утеплителя в течение дневно-
го/ночного цикла не вся накопленная энергия стены может перейти в поме-
щение, а лишь то количество тепла, которое накапливается в слое толщиной
10 см, расположенном с более теплой внутренней стороны.
Пример.
Стена толщиной 24 см из пустотелого кирпича = 1200 кг/м3 имеет в сред-
нем температуру 14 °С. Температура воздуха в помещении составляет 17 °С.
Q = m ·c· = 1200 кг/м3·0,10 м·1000 Дж/(кг·К)·3К
Q = 360000 Дж/м2.
Q = 0,10 кВт·ч/м2.
1.2.2. Ощущение комфорта в помещении
Оно зависит от:
Температуры поверхностей стен.
Чувствует ли человек себя комфортно
в помещении, зависит, наряду с уже упо-
мянутыми факторами, также и от тепло-
вого излучения поверхностей ограждаю-
щих это помещение конструкций. Мы
чувствуем себя комфортно, с точки зре-
ния температуры, в том случае, если
внутренние поверхности стен зимой не
более, чем на 3 °С ниже, а летом не бо-
лее, чем на 3 °С выше температуры воз-
духа в помещении. Температура поверх-
ностей стен зависит от их сопротивления
теплопередаче (R).
24 Глава 1. Теплозащита
Слишком тепло
Слишком
холодно
Tемпература в помещении
Рис. 1.19. График распределения ком-
фортных температур в помещении Tемпература поверхности стены
Комфортно
Температура поверхности пола.
Для полов, вследствие непосредст-
венного контакта с телом человека через
подошвы ног, справедливы другие значе-
ния. Для того, чтобы не отбирать у чело-
века слишком много тепла, температура
поверхности пола не должна быть ниже
15—20 °С. Здесь играет роль также про-
должительность пребывания человека в
помещении.
Согласно рис. 1.20. температура пола
15 °С ощущается еще приемлемой, если
пребывание человека в помещении длит-
ся до 3 часов. Затем пол кажется уже
прохладным, а через 3,8 часа — уже хо-
лодным.
Теплонакопительная способность стен1.
Теплонакопительная способность иг-
рает большую роль как для зимней, так и
для летней теплозащиты. Так как способ-
ность к накоплению очень сильно зави-
сит от плотности, то у тяжелых стен она
лучше, чем у легких конструкций. Зимой
помещения с большой теплонакопитель-
ной способностью при отключении ото-
пления охлаждаются не так быстро, ле-
том избыточная энергия в дневное время
может накапливаться для того, чтобы ее
отдать в воздух помещения в прохладные
ночные часы.
Относительная влажность воздуха.
Рис. 1.22 показывает, что мы чувству-
ем себя некомфортно, когда температура
воздуха падает ниже 17
°С и, соответст-
венно, когда она возрастает выше 26 °С,
независимо от относительной влажности
воздуха. Далее следует отметить, что с
увеличением температуры воздуха мы
ощущаем как комфортные все меньшие
значения относительной влажности.
Движение воздуха.
Движение воздуха может происходить
через неплотные места в оболочке здания
1.2. Физические основы 25
Приемлемо
Ледяной
пол
ч
Продолжительность пребывания
Рис. 1.20. График распределения ком-
фортных температур пола в зависимо-
сти от времени пребывания человека в
помещении
Tемпература пола
Прохладно
Холодно
Рис. 1.21. Теплонакопительная спо-
собность: 1 — слой теплоизоляции
внутри малая теплонакопительная
способность; 2 — слой теплоизоля-
ции снаружи большая теплонако-
пительная способность.
Эффективность акку
Книга немецкого ученого Вальтера Блези является попыткой совместить во-
просы проектирования ограждающих конструкций со сложнейшим комплек-
сом проблем строительной теплотехники, строительной акустики, звукоизоля-
ции и пожарозащиты, а также строительной химии. В этом плане она является
одной из первых попыток создать комплексную методику проектирования
ограждающих конструкций, необходимость которой давно назрела.
В настоящее время проектирование ограждающих конструкций, которому
традиционно уделялось мало внимания, ведется как бы раздельно по несколь-
ким направлениям. Отдельно обеспечивается теплозащита ограждающих кон-
струкций для зимних и летних условий о отделяется их влажностный режим за
годовой цикл увлажнения и высыхания. Отдельно рассматриваются вопросы
звукоизоляции и пожарозащиты в основном для внутренних ограждающих
конструкций. При этом вопросы строительной химии, как правило, вообще не
рассматриваются. Аналогично ведется и преподавание в области проектиро-
вания ограждающих конструкций. При этом могут возникнуть, например, та-
кие случаи, когда при дополнительном утеплении стен крупнопанельных зда-
ний постройки 1970—1980-х годов вдруг резко нарушается их звукоизоляция и
т.п. Комплексный подход к проектированию позволяет избежать таких явле-
ний путем правильного подбора на стадии проектирования утеплителя и на-
ружной отделки утепляемых стен.
На первый взгляд, книга перегружена примерами. Однако их обилие в ко-
нечном итоге становится ее достоинством, т.к. ей удобно пользоваться как
проектировщикам, получающим быстрый ответ на свои вопросы, так и препо-
давателям и студентам архитектурных и строительных высших учебных заведе-
ний.
При пользовании книгой следует учитывать, что все примеры приводятся
для климатических условий Германии. Однако общие закономерности остают-
ся справедливыми и для климата России.
Особый интерес вызовет сравнение приведенных в книге нормативных
данных и методик с недавно вышедщими Нормами СНиП 23-02-2003 «Тепло-
вая защита зданий» и соответствующим Сводом Правил к ним, в которых рег-
ламентируется подобный подход к проектированию общей теплозащиты по
максимально допустимым теплопотерям здания в целом. Это дает возмож-
ность воспитать осмысленный подход к вопросам теплозащиты зданий и к
учету вопросов строительной физики при их проектировании.
Книга предназначена для проектировщиков гражданских и промышлен-
ных зданий, а также для преподавателей и студентов архитектурных и строите-
льных высших учебных заведений. Кроме того, она может быть использована
в системе повышения квалификации специалистов.
А.К.Соловьев, профессор, кандидат технических наук,
академик Европейской Академии Наук и Искусств
Влагозащита
Летняя
теплозащита
Зимняя
теплозащита
Шумозащита
Шумозащита
Строительная физика
Теплозащита Влагозащита Шумозащита Пожарозащита
Летняя
тепло-
защита
Зимняя
тепло-
защита
Защита от
конденса-
ционной
влаги
Огнестой-
кость кон-
струкций
и частей
Огнестой-
кость
мате-
риалов
Защита от
ударного
шума пе-
рекрытий
Защита
от кор-
пусных
шумов
Защита
от воз-
душного
шума
Защита
от
дождя
Защита
от грун-
товых
вод
По
DIN
4108
Внутри
конст-
рукций
На
поверх-
ности
конст-
рукций
По Поста-
новлению
об энер-
госбере-
жении
По методу
месячного
энерге-
тического
баланса
Поэле-
ментный
метод
По методу
базового
здания
ÃËÀÂÀ 1
ÒÅÏËÎÇÀÙÈÒÀ
1.1. Основы теплозащиты
1.1.1.Задачи теплозащиты
1. Понятие о комфорте в помещении.
Здание должно не только служить убежищем, но и создавать комфорт и
поддерживать здоровье.
Комфорт в помещении зависит от:
• Температуры внутреннего воздуха: оптимально 20 °С—22 °С.
• Температуры внутренних поверхностей стен, ограждающих помещение: ми-
нимум 16 °С—18 °С. В противном случае появляется ощущение сквозняка.
• Тепловой инерции (накопление тепла) стен, ограждающих помещения.
• Барачный микроклимат: быстрый нагрев, быстрое охлаждение.
• Температуры поверхности пола: оптимально 22 °С—24 °С.
• Относительной влажности воздуха в помещении:
Нормально 50%—60%
< 40% — сухость слизистой оболочки.
> 60% — тепличный климат.
• Движение воздуха: максимально 0,2 м/с.
> 0,2 м/с — ощущение сквозняка
• Деятельности человека: сидячая работа
• подвижная работа.
2. Задачи, имеющие конструктивные причины.
Напряжение вследствие влияния температуры ведут к повреждениям стро-
ительных конструкций (летом — температурное расширение: зимой — умень-
шение размеров). Косвенные повреждения из-за воздействия влаги должны
быть предотвращены.
3. Задачи из условий экономии энергии.
Запросы людей возрастают, растет их жизненный уровень, сырьевые запа-
сы становятся дефицитными продуктами, то есть они невоспроизводимы, их
запасы ограничены. Расход энергии на отопление и охлаждения должен под-
держиваться на минимально возможном уровне.
4. Задачи из условия защиты окружающей среды.
Сжигание жидкого топлива для отопительной цели и в качестве горючего
усиливает нагрузку на окружающую среду вследствие образования вредных га-
зов и кислот.
S O SO 2 2 H SO
+H O
2 3
2 сернистая кислота
S O SO 3 3 H SO
+H O
2 4
2 серная кислота
C O2 CO2 H CO
+H O
2 3
2 угольная кислота
N O2 NO2 H NO
+H O
2 3
2 азотная кислота
Для снабжения энергией имеются многие источники.
1.1.2. Источники тепла
Источники тепла
Природные Искусственные
1. Солнце. Солнечная энергия
(солнечная энергетика)
Солнечные коллекторы: Вода нагревается в
коллекторе и дает тепло потребителю воды
(солнечные водонагревательные системы).
Солнечные фотоэлементы: Кремневые фото-
элементы преобразуют фотоэлектрическим пу-
тем солнечную энергию в электрический ток
(фотовольтаика).
2. Вода. Тепловой насос: Вода-Вода.
Тепловая энергия отбирается у грунтовых вод,
речной или морской воды и используется для
подогрева потребительской воды.
Или: Рекуперативное получение тепла из кана-
лизационной воды.
3. Воздух. Тепловой насос: Воздух-Вода
Наружный воздух отсасывается, уплотняется в
теплонасосе и таким образом отбирается тепло-
вая энергия для нагрева потребительской воды.
Или рекуперация тепла из воздуха, отводимого
из помещения при его кондиционировании.
4. Земля. Тепловой насос:
Соляной раствор-Вода.
Тепловую энергию забирают в земле, распола-
гая зонды на глубине 60—100 м (геотермия, ис-
пользование энергии горячих источников).
5. Грунт. Выращивание растений для получения
горючего, например рапсовое масло, био-ди-
зель.
6. Ветер. Ветровые электростанции: производство
электроэнергии
1. Механические:
трение
2. Химические:
уголь, нефть, газ.
3. Электрические:
ток.
4. Атомные:
ядерная энергия
Температурные шкалы
Цельсия Кельвина
1.1. Основы теплозащиты 13
Точка
кипения
воды
Точка
замерзания
воды
(таяние
льда)
Точка
абсолют-
ного нуля
1.1.3. Геотермия
Геотермия (ГТ)
Поверхностная
геотермия
Глубинная
геотермия
Грунтовые
коллекторы
Тепловые
грунтовые зонды
Энергоноситель —
грунтовые воды
Тепловые насосы
грунт-вода
Тепловые насосы
соляной раствор-вода
Тепловые насосы
вода-вода
Гео-термия (греч. гео — земля, термия — тепло) обозначает
тепловую энергию, которая находится в земле, но иногда на-
блюдается на поверхности в явном виде. Земля обладает бо-
льшим энергетическим потенциалом, использование этого
потенциала и является основной задачей геотермии
Грунтовые коллекторы Уже на небольшой глубине, примерно в 2 метра возможно с
помощью прокладки коллекторов (трубы из полиэтилена вы-
сокой плотности), проложенных как для систем напольного
отопления, получать тепловую энергию из земли. Для этого
требуются большие площади, что при сегодняшних размерах
земельных участков делает невозможным использование
этого вида геотермии. Кроме того, на рис. 1.2 видно, что вы-
работка тепловой энергии грунта подвержена ежегодным се-
зонным колебаниям. Чтобы использовать тепловую энергию,
накопленную в грунте под действием солнечного излучения,
площади, на которых установлены коллекторы, не должны за-
страиваться
Грунтовые зонды В качестве энергоносителя, т. е. источника энергии, здесь
также используется грунт.
В зависимости от потребности в тепловой энергии устанав-
ливаются несколько тепловых зондов в форме звезды под на-
клоном, для предотвращения сильного точечного охлаждения
области грунта. Граница, до которой разрешено использова-
ние территории, пролегает на глубине примерно 100 метров.
Вокруг пробуренных отверстий для обеспечения полного кон-
такта с грунтом требуется заполнение по всей поверхности.
Только при полном контакте с грунтом обеспечивается опти-
мальная передача тепловой энергии на зонд. Грунтовые зон-
ды из-за необходимости бурения стоят дороже, чем грунто-
вые коллекторы, однако зонды в течение всего года имеют
диапазон температур примерно 12 °С, в то время как диапа-
зон температур для грунтовых коллекторов в зависимости от
времени года составляет от +5 °С до +15 °С
14 Глава 1. Теплозащита
Рис. 1.1. Строение земли
Рис. 1.2. Тепловые
насосы грунт-вода
Рис. 1.3. Тепловые
насосы рассол-вода
Энергоноситель — грунтовые воды Другая — и может быть наиболее часто испо-
льзуемая — возможность поверхностной гео-
термии (ГТ) заключается в использовании
энергии, накопленной грунтовыми водами.
Грунтовые воды в течение всего года имеют
относительно одинаковую температуру, кото-
рая, однако, для тепловых насосов должна
иметь достаточно высокий уровень для испо-
льзования данных грунтовых вод в целях ото-
пления.
В таких системах требуется всасывающих и
поглощающих колодцев. Эти всасывающие и
поглощающие колодцы не должны располага-
ться рядом друг с другом для предотвращения
смешивания охлажденной примерно до 4 °С
водой из области всасывающего колодца. Не
каждый участок застройки позволяет установку
всасывающих и поглощающих колодцев. Здесь
хорошей альтернативой для термической
энергии могут стать тепловые насосы типа со-
ляной рассол-вода. Как тепловые насосы во-
да-вода (WWP), так и тепловые насосы рас-
сол-вода (SWP) могут работать как реверсив-
ные тепловые насосы, т. е. летом отводить
энергию и обеспечивать охлаждение, а зимой
производить тепловую энергию для отопления
Глубинная геотермия
Поверхностная геотермия
Рис. 1.5. График температур в земле:
1 – осень; 2 – зима; 3 – лето; 4 – весна
В то время как при поверхностной геотермии
тепловые насосы используются для нагрева
среды до более высоких температур, исполь-
зуемая в глубинной геотермии вода, храняща-
яся на большой глубине, настолько горяча, что
ее можно использовать с целью отопления в
системах отбора тепловой энергии значитель-
но большего размера или для получения элект-
рической энергии. С помощью бурения геотер-
мальная вода поставляется к месту ее исполь-
зования (отбора тепловой энергии), а затем
охлажденная вода посредством двух пробу-
ренных скважин вновь возвращается в место
ее хранения.
Различают:
1. Гидротермальные системы
Здесь речь идет о расположенных на большой
глубине (200—5000 м) горячих источниках с
температурами воды от 130 °С до 160 °С.
Основными аспектами для данных систем яв-
ляется температура, а также их количество
производимой воды.
2. Петротермальные системы
В этих системах тепловая энергия забирается
у «сухих» горных пород, преимущественно за-
легающих на большой глубине. Чем плотнее
горная порода, тем больше энергии она может
накопить, и тем быстрее происходит передача
тепловой энергии из рециркуляционного кон-
тура в месте забора энергии.
В Германии из-за геологической структуры
данная система может использоваться при-
мерно на 90 %.
Температура увеличивается примерно на 3 °С
(3 К) на каждые 100 метров увеличения глуби-
ны
1.7. Примеры расчета и применение теплозащиты 15
Рис. 1.4. Тепловые насосы вода-
вода
Геотермический теп-
ловой поток
Прямое солнечное излучение и осадки
Поверхно-
стная об-
ласть на-
копителей
тепловой
энергии
из грунта
Начало
нейтраль-
ной зоны
Конец
нейтраль-
ной зоны
Начало
области
глубинной
геотермии
Постоянно 10 °С
Поверхностная
геотермия
+3 К/100 м
1.1.4. Факторы, влияющие на теплозащиту
Факторы, влияющие на теплозащиту
Летняя теплозащита Зимняя теплозащита
1. Солнцезащитные устройства, такие, как
Маркизы
Солнезащитные крыши
Жалюзи (наружные наиболее эффективны)
2. Накопление тепла в ограждающих конст-
рукциях, таких как
Стены
Потолки (полы)
Их влияние выражается в благоприятном со-
отношении амплитуд температуры на их
внешних и внутренних поверхностях.
3. Расположение отдельных слоев в много-
слойных ограждающих конструкциях — вы-
сыхание конструкций в летние месяцы (пе-
риод выпаривания влаги), тепловая инерция
и сдвиг по фазе температурных колебаний
на поверхности конструкции.
4. Общий коэффициент пропускания энер-
гии окнами и прочими светопрозрачными
конструкциями, такими, как
Наружные двери
Зимние сады
Прозрачная теплозащита
Стекла с металлическим напылением
(наружные стекла)
5. Отношение площади окон и других свето-
прозрачных конструкций к площади поверх-
ности наружных ограждающих конструкций
здания.
6. Географическое положение здания:
Широта
Высота над уровнем моря
Условия облачности
7. Ориентация окон и других светопрозрач-
ных конструкций по сторонам света. Различ-
ные солнцезащитные устройства в зависи-
мости от ориентации.
8. Возможности вентиляции:
Принудительная вентиляция с помощью
вентиляционных установок,
Естественная вентиляция посредством
открытия окон в частности ночью или
ранним утром (по углам по диагонали
наиболее эффективна). Ударное провет-
ривание в частности зимой с энергетиче-
ской точки зрения лучше, чем длительное
проветривание, т. к. в данном случае ме-
няется только весь объем воздуха, а на-
копленная тепловая энергия остается в
стенах.
9. Окраска наружных поверхностей стен
Светлые поверхности отражают тепловые
лучи
Темные поверхности поглощают тепловые
лучи.
1. Теплоизоляция ограждающих конструк-
ций, таких, как
Стены
Перекрытия
Окна
Наружные двери
2. Тепловая инерция ограждающих конструк-
ций, таких, как
Стены
Потолки (полы)
Для комфорта человека вблизи стен а также
для предотвращения конденсата влаги теп-
ловая инерция конструкций имеет очень
важное значение.
3. Расположение отдельных слоев в много-
слойных ограждающих конструкциях. Прави-
льная последовательность слоев изнутри —
наружу особенно важна. Образование кон-
денсата внутри конструкции.
4. Общий коэффициент пропускания энер-
гии окнами и прочими светопрозрачными
конструкциями, такими, как
Наружные двери
Зимние сады
Прозрачная солнцезащита
Стекла с металлическим напылением
(внутренние стекла)
5. Отношение площади окон и других свето-
прозрачных конструкций к площади поверх-
ности наружных ограждающих конструкций
здания. (окна часто являются слабыми мес-
тами).
6. Географическое положение здания:
Широта
Высота над уровнем моря
Условия облачности
Частота туманов
7. Ориентация окон и других светопрозрач-
ных конструкций по сторонам света. Солнеч-
ные теплопоступления различны в зависимо-
сти от ориентации, см. раздел 1.12.
8. Воздухонепроницаемость строительных
конструкций и мест их примыканий
9. Воздухообмен:
Открывание окон и наружных дверей
Воздухообмен посредством механических
вентиляционных систем с рекуперацией
тепла и без нее.
16 Глава 1. Теплозащита
1.1.5. Теплопередача
Причиной того, что в помещении имеют место примерно одинаковые темпе-
ратуры, независимо от расположения источников тепла, или того что темпера-
тура в помещении после отключения отопления понижается с различной ско-
ростью, являются различные возможности передачи тепла.
Виды теплопередачи
Теплопроводность
Тепловые потоки
и тепловая конвекция
Тепловая радиация
Теплопроводность
Передача тепла от молекулы к молекуле у жестких материалов.
Теплопроводность выражается измеренным значением коэффициента теп-
лопроводности
Чем меньше величина , тем лучше теплоизоляция
Тепловые потоки и тепловая конвекция
Передача тепла вместе с потоком теплоносителя
Тепловой поток: в жидкостях Тепловая конвекция: в воздухе (газах)
Принцип: водяное отопление
1.7. Примеры расчета и применение теплозащиты 17
Рис. 1.6. Гвоздь ста-
новиться горячим
Рис. 1.7. Дерево не
нагревается
Рис. 1.8. Спички воспламе-
няются на различных ме-
таллах в различное время
Вода
Рис. 1.9. Вода циркулиру-
ет в трубке и расширяется
Рис. 1.10. Воздух циркулирует от
отопительного прибора и к нему
Тогда как при теплопроводности молекулы остаются на месте, при тепло-
вом потоке или конвекции тепло переносится изменяющими свое положение
частичками вещества, имеющими определенный тепловой потенциал.
Конвекция происходит преимущественно следующим образом: воздух рас-
ширяется около поверхности отопительного прибора при нагревании. В резу-
льтате уменьшается его плотность, и удельный вес становится меньше. Более
легкий воздух поднимается вверх, охлаждается, снова становится тяжелее и
опускается вниз. Так возникает круговорот, который распространяется почти
на все помещение и сохраняет в нем примерно одинаковую температуру.
Тепловая радиация
Тепловая энергия с помощью радиации может передаваться как через за-
полненное воздухом, так и через безвоздушное пространство. Тепловые лучи
имеют различные длины волн, и не связаны с материей. Поэтому они без по-
терь могут пронизывать безвоздушное пространство (космос). Поступающие
на тело тепловые лучи частично поглощаются, частично отражаются. Эффект
поглощения используется в солнечных коллекторах, причем поверхность кол-
лекторов окрашивается в черный цвет. Отражение используется когда нужно
задержать радиационное тепло в помещении, как например в случае покрыто-
го отражающим слоем одного из стекол в стеклопакете.
18 Глава 1. Теплозащита
Внутри Снаружи
Рис. 1.11. Теплозащитный стек-
лопакет: покрытие на внутрен-
нем стекле.
Тепло должно быть задержа-
но в помещении
Внутри Снаружи
Возможно теплая кромка
Рис. 1.12. Солнцезащитный
стеклопакет: покрытие на на-
ружном стекле.
Тепло не должно попасть
в помещение
Рис. 1.13. Алюминиевая пленка:
за отопительным прибором.
Рис. 1.14. Поверхность нагре-
ва направляет тепловое излу-
чение в помещение
Напольное отопление
1.2. Физические основы
1.2.1. Основные физические величины теплозащиты
1. Количество тепла Q: единица Вт · с
Под количеством тепла Q (Вт·с) понимают
такое количество энергии, которое может быть
отдано или воспринято телом при тепловом по-
токе (Вт) за секунду (1 с).
2. Теплопроводность
— маленькая греческая буква (произно-
сится ламбда). Расчетная величина теплопро-
водности показывает количество тепла в Вт·с,
которое проходит в стационарном режиме (при
постоянно работающем отоплении) в 1 секунду
через 1 м2 слоя материала толщиной 1 м, когда
разность температур на внешней и внутренней
поверхностях слоя составляет 1 кельвин
(1 К 1 °С).
Единица: Вт·с·м/с·м2·К = Вт/(м·К)
Чем больше , тем больше теплопроводность.
Чем меньше , тем лучше теплоизоляция.
Теплопроводность зависит от:
• Плотности материала
Воздух имеет очень хорошие теплоизоля-
ционные свойства ( = 0,025 Вт/(м·К)).
Материалы с малой плотностью имеют,
как правило, много воздушных пор, ко-
торые улучшают их теплоизоляционные
свойства.
• Вида величины и распределения пор
Вид: круглые, шарообразные поры луч-
ше, чем продолговатые.
Величина: много маленьких пор лучше,
чем меньшее количество больших.
Распределение: равномерное распределе-
ние лучше, чем неравномерное.
• Влагосодержания материала
Оно зависит от:
— Структуры материала (поры, строе-
ние)
— Положения в конструкции (подход
воздуха)
1.2. Физические основы 19
Рис. 1.15.
Количество тепла:
1 Дж = 1 Вт·с = 1 Н·м
Тепловой поток:
1 Дж/с = 1 Вт = 1 Н·м/с
Пробирка
Без
фольги
Фольга
Tемпература в Tемпература в
пробирке равна пробирке
температуре меньше чем
в корыте в корыте
Рис. 1.16.
Термометр
— Климатические воздействия (внутри—снаружи)
— Из-за воздушных пор ( = 0,025 Вт/м·К), заполненных водой
( = 0,64 Вт/м·К), теплоизоляционные характеристики ухудшаются (при-
мер — мокрое платье).
Увлажнение ухудшает теплоизолирующую способность.
• Температура материала.
Молекулы теплых материалов более подвижны, чем молекулы холодных ма-
териалов. Чем ниже температура материала, тем хуже теплопроводность.
Чтобы получить сравнимые значения DIN 4108 предписывает определять
теплопроводность при температуре +10 °С.
3. Коэффициент теплопередачи .
( — большая греческая буква Ламбда)
Коэффициент теплопередачи показывает, какое
количество тепла (Вт·с) в стационарном режиме про-
ходит через 1 м2 элемента однородной ограждающей
конструкции толщиной d (в м) за секунду (1 с), если
разность температур поверхностей конструкции со-
ставляет 1 кельвин (1 К 1 °С).
Единица: /d = Вт/м·К/м = Вт/м2·К
4. Сопротивление теплопередаче R.
Единица: R (м2·К/Вт).
Для оценки ограждающей конструкции с энергетической точки зрения яв-
ляется определяющим не то, какое количество тепловой энергии она пропус-
кает, а то, как велико ее сопротивление пропусканию тепла.
Чем больше сопротивление теплопередаче конструкции,
тем лучше ее теплоизолирующая способность.
Если конструкция состоит из нескольких слоев, то сопротивления тепло-
передаче отдельных слоев могут складываться.
R Толщина отдельного слоя
Его коэффициент теплопроводности
R
d d d d
1
1
2
2
3
3
n
n
Толщина слоя d в м
5. Коэффициент теплообмена h.
Коэффициент теплообмена h выражает количество тепла (в Вт·с) которое
в секунду (С) обменивается между 1 м2 поверхности твердого материала и ка-
сающимся его воздухом, когда разница температур между воздухом и поверх-
ностью материала составляет 1 кельвин.
20 Глава 1. Теплозащита
Рис. 1.17.
Тогда, как в строительной конструкции тепло передается вследствие теп-
лопроводности, на поверхностях стен теплопередача осуществляется за счет
радиации hS и конвекции hK.
Так, например: зимой наружная стена внутри холоднее, чем внутренний
воздух, тогда, как поверхность стены снаружи теплее наружного воздуха.
Для стен получается:
Внутренняя сторона: hi Ј hK + hS Ј 4 + 4 = 8 Вт/(м2·К)
Наружная сторона: hе Ј hK + hS = 13 + 10 = 23 Вт/(м2·К)
Единица измерения: Вт·с/(с·м2·К) = Вт/(м2·К)
h — heat (англ. тепло)
6. Сопротивление теплообмену R
h s 1
.
Единица: 1/(Вт/м2К) = м2К/Вт.
Сопротивление теплообмену зависит от:
• температуры воздуха
• движения воздуха
• характеристик поверхности стены (гладкая — шероховатая)
• расположение строительной конструкции (горизонтальная — вертикальная)
• направления теплового потока
• конструктивного исполнения строительного элемента (однооболочковый —
двухоболочковый)
7. Общий коэффициент теплопередачи U (величина U).
Под общим коэффициентом теплопередачи понимается вся транспорти-
ровка тепловой энергии от воздушного пространства через строительную кон-
струкцию и снова в соседнее воздушное пространство за ограждающей конст-
рукцией. В общий коэффициент теплопередачи U наряду с сопротивлени-
ем теплопередаче R также входят сопротивления теплообмену 1/hi и 1/hе (в
СНиП II-3-79* в и н). Общий коэффициент теплопередачи U (величина U)
представляет собой важнейшую характеристику строительной физики в тепло-
защите.
Под общим коэффициентом теплопередачи U понимают такое количество
тепловой энергии, которое проходит за секунду (с) через 1 м2 слоя материала
толщиной d (в м) в установившемся режиме отопления, если разность темпе-
ратур внутреннего и наружного воздуха составляет 1 кельвин (К).
U
h
R
h
1
1 1
i e
U
R R R
1
si se
где U (англ. Unit of heat-transfer) — единица измерения теплопередачи U в
Вт/(м2·К); R (англ. resistance) — сопротивление; i — interior — внутри, с внут-
ренней стороны; e — exterior — снаружи, с наружной стороны; s — surface —
поверхность.
1.2. Физические основы 21
Величину U определяют в стационарных,
т.е. лабораторных условиях.
Ее нельзя определять в нестационарных,
т.е. в неустановившихся условиях.
Для окон и других видов остекления
даются сразу величины U.
8. Общее сопротивление теплопередаче
RT (в СНиП II 3 79* — Rо).
R
h
R
h T
i e
1 1
R R R R T si se
R
h
d d d d
i he
T
n
n
1 1 1
1
2
2
3
3
Величина теплоизоляции конструкции
Единица: м2 К /Вт.
Эту формулу обычно используют для расчета величины U (RT 1/х ве-
личина U). Эту формулу используют также для получения распределения тем-
ператур внутри ограждающей конструкции.
9. Коэффициент удельной теплоемкости С.
Под этим понимают количество тепла, которое необходимо для того, что-
бы поднять температуру материала массой 1 кг на 1 кельвин (1 К).
Единица: Вт·с/(кг·К) = джоуль/(кг·К)
10. Коэффициент теплопроницания b1
Коэффициент теплопроницания дает сведения о том, какое количество
тепла (Вт·с) может проникнуть в материал через 1 м2 его поверхности так,
чтобы нагреть его на 1 К за время с0,5.
Единица: Дж/(м2·К·с0,5) = Вт·С/(м2·К·с0,5).
b R c
где в Вт/(м·К); в кг/м3; с в Дж/кг·К.
Большой коэффициент теплопроницания.
Много тепла проникает в единицу времени в материал и мало тепла оста-
ется для нагревания воздуха в помещении.
22 Глава 1. Теплозащита
Рис. 1.18. График температур
R — сопротивление тепло-
передаче конструкции или тер-
мическое сопротивление.
1В российской теплофизике и в СНиП II-3-79* аналогичная величина связана с неста-
ционарными условиями теплового режима и включает в себя круговую частоту колебаний
температуры на одной из поверхностей ограждающей конструкции. Она называется ко-
эффициентом теплоусвоения материала S (Вт/(м2·°С)).
S
z
2
R c, где z — период колебаний воздушной среды.
Следствие: помещение нагревается медленно.
Маленький коэффициент теплопроницания.
Меньше тепла проникает в единицу времени в материал, при этом остает-
ся больше тепловой энергии для нагревания воздуха в помещении. Для тепло-
ты полов, и, соответственно, для нагревания стен коэффициент теплопрони-
цания имеет решающее значение.
При одинаковой температуре бетонная поверхность ощущается более про-
хладной, чем деревянная. Для полов этот эффект, вследствие непосредствен-
ного контакта с телом человека, особенно заметен.
Таблица 1.1. Расчетные значения удельной теплоемкости с
и коэффициента теплопроницания b
с, Дж/кг·К b, Дж/м2·К·с0,5
Алюминий 800 20785
Сталь 400 13735
Бетон 1000 2240
Легкий бетон 1000 930
Цементная стяжка 1000 1670
Известковая штукатурка 1000 1250
Цементно-песчаный камень 1000 990
Стеновой кирпич 1000 900
Легкий многопустотный кирпич 1000 510
Газобетон 1000 340
Пробка 1700 160
Пенопласты 1500 35
Минерало-волокнистые материалы 1000 30
Дерево 2100 400
Материалы на основе древесины 2100 400
Воздух 1000 14
Вода 4200 1630
Например: бетон b 2,1 2400 100 = 2245 Дж/(м2·К·с0,5).
Дерево b 0,13 600 2100 = 405 Дж/(м2·К·с0,5).
11. Теплонакопительная способность Q.
Теплонакопительная способность играет большую роль как для летней, так
и для зимней теплозащиты зданий.
Летом. Конструкции, ограждающие помещение, в течение дня накаплива-
ют часть тепловой энергии и отдают её вечером и в ночные часы в охлаждаю-
щийся воздух помещения. Это позволяет избежать так называемого «барачно-
го» климата.
Теплонакопительная способность тем больше:
• чем больше поверхностная плотность конструкции (в кг/м2)
1.2. Физические основы 23
• чем больше величина удельной теплоемкости с
• чем больше разность температур между конструкцией и воздухом.
Зимой. Конструкции, ограждающие помещение в период работы отопле-
ния накапливают тепло и могут отдавать его в воздух помещения при отклю-
чении отопления. Кроме того, за счет теплонакопления достигается то, что
вблизи стен не возникает ощущение сквозняков и стена может излучать тепло.
Таким образом улучшается самочувствие человека вблизи стены.
Основное требование.
Наружные конструкции высокая теплоизолирующая способность
Внутренние конструкции высокая теплонакопительная способность.
надежная защита от воздушного шума.
Накапливаемая тепловая энергия определяется по формуле:
Q = m ·c· m = d
где m в кг/м2; с в Дж/кг·К; в °С или К.
Единица: Дж/м2.
Согласно DIN 4108 теплонакопительная способность рассчитывается для
строительных конструкций толщиной не более 10 см. Правило 10 см учитыва-
ет тот факт, что при наружном расположении утеплителя в течение дневно-
го/ночного цикла не вся накопленная энергия стены может перейти в поме-
щение, а лишь то количество тепла, которое накапливается в слое толщиной
10 см, расположенном с более теплой внутренней стороны.
Пример.
Стена толщиной 24 см из пустотелого кирпича = 1200 кг/м3 имеет в сред-
нем температуру 14 °С. Температура воздуха в помещении составляет 17 °С.
Q = m ·c· = 1200 кг/м3·0,10 м·1000 Дж/(кг·К)·3К
Q = 360000 Дж/м2.
Q = 0,10 кВт·ч/м2.
1.2.2. Ощущение комфорта в помещении
Оно зависит от:
Температуры поверхностей стен.
Чувствует ли человек себя комфортно
в помещении, зависит, наряду с уже упо-
мянутыми факторами, также и от тепло-
вого излучения поверхностей ограждаю-
щих это помещение конструкций. Мы
чувствуем себя комфортно, с точки зре-
ния температуры, в том случае, если
внутренние поверхности стен зимой не
более, чем на 3 °С ниже, а летом не бо-
лее, чем на 3 °С выше температуры воз-
духа в помещении. Температура поверх-
ностей стен зависит от их сопротивления
теплопередаче (R).
24 Глава 1. Теплозащита
Слишком тепло
Слишком
холодно
Tемпература в помещении
Рис. 1.19. График распределения ком-
фортных температур в помещении Tемпература поверхности стены
Комфортно
Температура поверхности пола.
Для полов, вследствие непосредст-
венного контакта с телом человека через
подошвы ног, справедливы другие значе-
ния. Для того, чтобы не отбирать у чело-
века слишком много тепла, температура
поверхности пола не должна быть ниже
15—20 °С. Здесь играет роль также про-
должительность пребывания человека в
помещении.
Согласно рис. 1.20. температура пола
15 °С ощущается еще приемлемой, если
пребывание человека в помещении длит-
ся до 3 часов. Затем пол кажется уже
прохладным, а через 3,8 часа — уже хо-
лодным.
Теплонакопительная способность стен1.
Теплонакопительная способность иг-
рает большую роль как для зимней, так и
для летней теплозащиты. Так как способ-
ность к накоплению очень сильно зави-
сит от плотности, то у тяжелых стен она
лучше, чем у легких конструкций. Зимой
помещения с большой теплонакопитель-
ной способностью при отключении ото-
пления охлаждаются не так быстро, ле-
том избыточная энергия в дневное время
может накапливаться для того, чтобы ее
отдать в воздух помещения в прохладные
ночные часы.
Относительная влажность воздуха.
Рис. 1.22 показывает, что мы чувству-
ем себя некомфортно, когда температура
воздуха падает ниже 17
°С и, соответст-
венно, когда она возрастает выше 26 °С,
независимо от относительной влажности
воздуха. Далее следует отметить, что с
увеличением температуры воздуха мы
ощущаем как комфортные все меньшие
значения относительной влажности.
Движение воздуха.
Движение воздуха может происходить
через неплотные места в оболочке здания
1.2. Физические основы 25
Приемлемо
Ледяной
пол
ч
Продолжительность пребывания
Рис. 1.20. График распределения ком-
фортных температур пола в зависимо-
сти от времени пребывания человека в
помещении
Tемпература пола
Прохладно
Холодно
Рис. 1.21. Теплонакопительная спо-
собность: 1 — слой теплоизоляции
внутри малая теплонакопительная
способность; 2 — слой теплоизоля-
ции снаружи большая теплонако-
пительная способность.
Эффективность акку