ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. ОБЗОР СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА 9
1.1 Обзор норм по энергосбережению 9
1.2 Развитие представлений о тепловой защите зданий 11
1.3 Учет теплотехнических неоднородностей в практике европейских стран при проектировании тепловой защиты зданий 20
1.4 Приведенное сопротивление теплопередаче и учет теплотехнических неоднородностей в СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий.
Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003» 24
1.5 Учет теплотехнических неоднородностей в практике европейских стран при проектировании тепловой защиты зданий 27
Вывод по главе 30
ГЛАВА 2. РАСЧЕТ УДЕЛЬНЫХ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ ЧЕРЕЗ УЗЛЫ
КРОВЕЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ 32
2.1 Направление исследования 32
2.2 Методика исследования 34
2.3 Исходные данные для исследования 36
2.4 Расчет удельных тепловых потерь через неоднородности в типовых узлах кровельного покрытия 49
Вывод по главе 90
ГЛАВА 3. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ, ДОСТОВЕРНОСТЬ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПОЛУЧЕННЫХ УДЕЛЬНЫХ ПОТЕРЬ ТЕПЛОТЫ ЧЕРЕЗ НЕОДНОРОДНОСТИ 91
3.1 Описание объекта для проектирования тепловой защиты 91
3.2 Пример расчета приведенного сопротивления теплопередаче по различным методикам 93
3.3 Сравнение результатов расчета, оценка их достоверности и эффективности 102
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 109
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Одним из главных требований, установленных в «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», в том числе к входящим в их состав сетям и системам инженерно-технического обеспечения, является обеспечение их энергетической эффективности.
Необходимость проведения мероприятий по энергосбережению обосновывается и тем, что:
- в период с 1917 по 2000 год в нашей стране было построено более 2,5 млрд м2 только жилых зданий, энергетические потери в которых не отвечают современным требованиям.
- по данным Минрегиона РФ, средние затраты на отопление в жилых зданиях на всей территории России составляют 350-380 кВтш/м2 в год (в 5-7 раз выше, чем в Германии и других странах ЕС), а в некоторых типах зданий они достигают 680 кВтш/м2 в год.
Достижение высокой энергоэффективности, в первую очередь, зависит от качества и высокой технологичности всех компонентов строительства. Одной из важнейших задач повышения энергоэффективности в строительстве является повышение качества ограждающих конструкций. Большое внимание следует уделять сокращению потерь тепла через них, снижению утечки воздуха и инфильтрации его через щели и стыки.
В 2012 году был утвержден СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003» [43], а 26 декабря 2014 г.
Правительство России утвердило новое Постановление Правительства РФ № 1521 «Об утверждении перечня национальных стандартов и сводов правил (частей таких стандартов и сводов правил), в результате применения которых на обязательной основе обеспечивается соблюдение требований Федерального закона «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» [29], в который вошел и СП 50.13330.2012 .
В данном СП представлен значительно модернизированный метод расчета приведенного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций, который позволяет учитывать все теплопроводные включения, имеющиеся в современных ограждающих конструкциях.
Для учета дополнительных теплопотерь через точечные и линейные теплотехнические неоднородности вводится универсальная характеристика - удельные потери теплоты, которые определяются на основании расчета плоских и объемных температурных полей.
Таким образом, появляется необходимость использования (моделирования) температурных полей в областях теплопроводных включений, а это довольно сложная методика, проверять которую при экспертизе проектной документации на данный момент никто не готов. Данное нововведение создало ряд проблем для проектировщиков и проектных организаций. Во- первых, организациям необходимо приобрести пакет программ, позволяющих моделировать температурные поля, а это требует больших денежных затрат, во-вторых, проектировщики не готовы самостоятельно работать в данных программах, необходимо проводить обучение, которое занимает достаточно много времени. А также сами расчеты температурных полей занимаю много времени.
Решением данных проблем могут стать готовые таблицы со справочным материалом, позволяющие учитывать удельные потери теплоты, разработанные для различных узлов ограждающих конструкций. Поэтому задача исследования удельных потерь теплоты и расчета температурных полей актуальна в настоящее время.
Кроме того, участились случаи ввода в эксплуатацию зданий, не соответствующих энергетическим требованиям. Большая работа по исследования температурных полей и удельных потерь теплоты через неоднородности в ограждающих конструкциях ведется в НИИ Строительной физики. В большинстве регионов страны проводятся натурные испытания зданий и элементов ограждающих конструкций [19]. Все это является подтверждением того, что данная тематика является актуальной в наше время.
Целью диссертационной работы является упрощение работы специалистов, проектирующих тепловой контур здания, путем получения расчетных характеристик различных типовых конструкций кровли для Челябинской области, позволяющих частично или полностью исключить расчеты температурных полей в процессе проектирования или экспертной оценки конструкций.
Задачи диссертационной работы:
- проведение анализа узлов кровельной конструкции;
- моделирование температурных полей в областях температурных включений в узлах кровли;
- расчет удельных потерь теплоты для различных узлов кровельной конструкции, упорядочивание результатов и подготовка таблиц со справочным материалом;
- сравнение удельных потерь теплоты, полученных при моделировании температурных полей, с удельными потерями теплоты, приведенными в СП 230. 1325800. 2015 «Конструкции, ограждающие зданий. Характеристики теплотехнических неоднородностей»;
- проведение расчета приведенного сопротивления теплопередаче кровли по методике, представленной в СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003», с применением полученных удельных потерь теплоты, на примере здания, находящегося в Челябинской области и оценка эффективности полученных результатов.
Объект исследования- узлы кровельного покрытия с линейными и точечными теплотехническими неоднородностями.
Предмет исследования- удельные потери теплоты через точечные и линейные теплотехнические неоднородности в узлах кровельного покрытия.
Методологической основой исследования послужили законодательные и нормативные документы Российской Федерации; труды ученых и научных групп, изучавших влияние теплотехнических неоднородностей в ограждающих конструкция на потери теплоты и проводивших расчеты температурных полей; компьютерное моделирование с применением программного комплекса «ELCUT».
Научная новизна диссертационной работы. Проведен анализ узлов кровельной конструкции для Челябинской области и получены значения влияния теплотехнических неоднородностей на приведенное сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции и потери теплоты. Обоснована эффективность применения полученных результатов удельных потерь теплоты в области проектирования тепловой защиты зданий.
Достоверность результатов обусловлена:
- использованием методики СП 230.1325800.2015 при определении удельных потерь теплоты;
- сходимостью полученных при расчете температурных полей значений потерь теплоты через однородную ограждающую конструкцию со значениями, определенными по формулам;
- корректным использованием формулы расчета приведенного сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции из СП 50.13330.2012;
- сходимостью разницы значений приведенного сопротивления теплопередаче, рассчитанных по старой методике и новой, с применением таблиц удельных потерь теплоты через неоднородности, с данными полученными ГБУ «ЦЭИИС» при натурных испытаниях зданий.
Практическая ценность работы. Подготовлены таблицы удельных потерь теплоты через теплотехнические неоднородности в узлах кровельной конструкции для Челябинской области, позволяющие проектировщикам определять характеристики нужного узла ограждающей конструкции без использования специальных программ для моделирования температурных полей (7 таблиц, 6 узлов, 144 вариативных моделей). Данные таблицы позволяют существенно упростить метод расчета приведенного теплопередаче ограждающей конструкции по СП 50.13330.2012.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав с выводами по каждой главе, заключения, списка литературы из 56 наименований и содержит 116 страниц машинописного текста, 33 рисунка, 12 таблиц, 25 формул.
1. Усиление политики энергосбережения в России привело к модернизации теплотехнического расчета ограждающих конструкций. Анализ состояния вопроса позволил установить необходимость исследования влияния неоднородностей в ограждающих конструкциях на потери теплоты с применением расчета температурных полей. Установлено, что новая методика расчета приведенного сопротивления теплопередаче требует моделирование температурных полей, которое на данный момент проектировщики выполнять не готовы. Решением данной проблемы могут стать готовые таблицы с теплотехническими характеристиками узлов ограждающей конструкции.
2. Определена методика и этапы расчета температурных полей. Проведен анализ узлов кровельной конструкции, определены граничные условия и варьируемые параметры. В результате компьютерного моделирования температурных полей и варьирования параметров получено 144 модели узлов кровельного покрытия. По полученным моделям определены потери теплоты через неоднородности в ограждающей конструкции. Проведена систематизация данных и составлены 7 таблиц со значениями удельных потерь теплоты через точечные и линейные неоднородности в узлах кровельного покрытия для Челябинской области.
3. Показано практическое применение полученных таблиц при расчете приведенного сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции. Проведено сравнение значений приведенного сопротивления теплопередаче, полученных тремя способами. В результате сравнения выявлено, что учет потерь через линейные и точечные неоднородности позволяет получить более точное, приближенное к фактическому, значение приведенного сопротивления теплопередаче. Установлено, что фактические потери теплоты в зданиях, запроектированных согласно требованиям СНиП 23-02-2012, оказываются больше проектных. Использование при расчетах приведенного сопротивления теплопередаче составленных таблиц удельных потерь теплоты для Челябинской области позволит снизить затраты на отопление более чем на 20%. Достоверность полученных значений подтверждается натурными испытаниями лаборатории ГБУ «ЦЭИИС», которая проводила сравнение фактических значений приведенного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций с проектными на объектах капитального строительства.
В заключении следует добавить, что проделанная работа может быть продолжена путем проведения натурных испытаний в климатической камере узлов кровельного покрытия. Это позволит окончательно проверить достоверность значений удельных потерь теплоты через линейные и точечные неоднородности в ограждающей конструкции.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
