Выбор оптимального варианта утепления полов над подвальными помещениями в жилищном строительстве

Автор: Соколов С.В., Соколова А.В., Царев В.И.

Журнал: Форум молодых ученых @forum-nauka

Статья в выпуске: 9 (25), 2018 года.

Бесплатный доступ

Статья посвящена вопросу утепления перекрытий над подвалами. Рассмотрены типовые подходы к выбору толщины утеплителя на основании расчетов с применением тепловых полей. Обоснована экономическая эффективность предложенных решений.

Энергоэффективность, теплотехника, тепловые поля, экономическая эффективность, утепление

Короткий адрес: https://sciup.org/140284282

IDR: 140284282

Текст научной статьи Выбор оптимального варианта утепления полов над подвальными помещениями в жилищном строительстве

Учет теплотехнических неоднородностей на основе тепловых полей -относительно новая для российских проектировщиков норма [1]. Обязательной к применению она стала после вступления в силу Постановления Правительства №1521 от 26.12.2014 г. [2], узаконившего положения СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003» [3]. При этом если для типовых вариантов утепления стен и совмещенных покрытий разработан СП 230.1325800.2015 «Конструкции ограждающие зданий. Характеристики теплотехнических неоднородностей» [5], содержащий значительное количество готовых теплотехнических решений, то вопрос утепления полов над подвалами проработан недостаточно. Настоящая работа посвящена проблеме выбора оптимального варианта утепления полов над подвалами. На примере реального здания рассмотрены возможные теплотехнические неоднородности, приведены результаты расчетов тепловых полей.

Рассмотрим жилое здание, расположенное в г. Санкт-Петербург, с следующими климатическими параметрами наружного воздуха для проектирования теплозащиты согласно СП 131.13330.2012 «Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*» [4]: расчетная зимняя температура наружного воздуха text = -24 °С; средняя температура воздуха за отопительный период tht = -1,3 °С; продолжительность отопительного периода zht = 213 сут; ГСОП рассчитываются исходя из расчетной температуры воздуха по жилому зданию: +20 0С и равны Dd = (20 - (-1,3))-213 = 4537 °Ссут.

По формуле из примечания к таблице 3 СП 50.13330.2012 определяем базовое значение требуемого сопротивления теплопередачи R 0^T (м²^°С/Вт), учитывая типовую температуру жилых помещений 1 этажа (+20 °С) и помещений ниже уровня земли (+5 °С):

R o^T =(0,00045^4537+1,9У(20-5)/(20-(-1,3))= 2,759 м²°С/Вт.

Нормируемое для рассматриваемого климата значение сопротивления теплопередаче между подвалом и первым этажом с учетом коэффициента положения поверхности составляет R0^HOpM = 2,759 • 0,8 = 2,22 м²°С/Вт.

Расчетные удельная вентиляционная характеристика здания квент = 0,140 Вт/(м3^0С), удельная характеристика бытовых тепловыделений здания кбыт = 0,077 Вт/(м3-0С), удельная характеристика теплопоступлений в здание от солнечной радиации крад = 0,041 Вт/(м3^°С) не зависят от выбора конструкции перекрытия над подвалом, поэтому будем считать их постоянными для рассматриваемого случая. Таким образом, выбор варианта утепления влияет только на удельную теплозащитную характеристику здания коб.

Базовый вариант перекрытия над подвалом имеет вид (снизу вверх):

1 слой. Монолитная железобетонная плита перекрытия δ=0,200 м, 1=2,04 Вт/(м^⁰С), R i = 5/1 = 0,2/2,04 = 0,098 м²^⁰С/Вт;
2 слой. Минераловатная плита 5=0,080 м, 1=0,041 Вт/(м^⁰С), R₂ = 5/1 = 0,08/0,041 = 1,951 м²^⁰С/Вт;
3 слой. Стяжка, цементно-песчаный раствор 5=0,05 м, 1=0,93 Вт/(м^⁰С), R 3 = 5/1 = 0,05/0,93 = 0,054 м²^⁰С/Вт.

Рассмотрим 4 варианта утепления перекрытия над подвалом:

Вариант 1. Без дополнительного утепления.

Вариант 2. Подшивка со стороны подвала слоя утеплителя из МВП 5=0,050 м, 1=0,041 Вт/(м^⁰С), R 0 = 5/1 = 0,05/0,041 = 1,22 м²^⁰С/Вт.

Вариант 3. Дополнительно к варианту 2 облицовка 500 мм стен и колонн, проходящих через перекрытие со стороны подвала слоем утеплителя из МВП δ=0,050 м, λ=0,041 Вт/(м·0С).

Вариант 4. Подшивка со стороны подвала слоя утеплителя из МВП δ=0,100 м, λ=0,041 Вт/(м·⁰С), R 0 = δ/λ = 0,10/0,041 = 2,44 м²·⁰С/Вт.

Условное сопротивление теплопередаче R0усл, (м2°С/Вт) определим по формуле E.6 СП 50.13330.2012:

R0усл= 1/αint + δn/λn +1/αext, где 1/αint = 0,115 м2·0C/Вт по таблице 4 СП 50.13330.2012, 1/αext = 0,167 м2·0C/Вт по таблице 6 СП 50.13330.2012.

Вариант 1.

R 0 ^усл = 0,115 + 0,098 + 1,951 + 0,054 + 0,167 = 2,385 м² ·⁰С/Вт.

Вариант 2 и 3.

R 0 ^усл = 0,115 + 1,22 + 0,098 + 1,951 + 0,054 + 0,167 = 3,604 м² ·⁰С/Вт.

Вариант 4.

R 0 ^усл = 0,115 + 2,44 + 0,098 + 1,951 + 0,054 + 0,167 = 4,824 м² ·⁰С/Вт.

Согласно методике, приведенной в приложении Е к СП 50.13330.2012, расчет сопротивления теплопередаче основан на представлении фрагмента теплозащитной оболочки здания в виде набора независимых элементов, каждый из которых влияет на тепловые потери через фрагмент.

Выделим основные неоднородности, влияющие на тепловой поток в перекрытии над подвалом. Перечень неоднородностей и их геометрические характеристики приведены в таблице.

Таблица 1. Разбивка ограждающей конструкции перекрытия на элементы.

Элемент	Описание	Общий геометр. показатель	Удельный геометр. показатель
Перекрытие	Однородное утеплённое ЖБ перекрытие подвала	3141 м²	1 м²/м²
Линейный элемент -примыкание ЖБ стен	Примыкание несущих ЖБ стен к перекрытию с разрывом утеплителя с обеих сторон	431 м	0,137 м/м²
Линейный элемент -примыкание перегородок из кирпича или блоков	Примыкание перегородок стоящих на перекрытии с разрывом верхнего слоя утеплителя	598 м	0,190 м/м²
Линейный элемент -примыкание перегородок из газобетона 150мм	Примыкание перегородок из газобетона 150мм стоящих на перекрытии с разрывом верхнего слоя утеплителя	111 м	0,035 м/м²
Точечный элемент -примыкание несущих ЖБ столбов	Примыкание несущих ЖБ столбов к перекрытию с разрывом утеплителя с обеих сторон	109 шт.	0,035 1/м²

Для каждого элемента с помощью программы ELCUT (6.3.0.1934)

рассчитывается температурное поле. Определяется величина потерь теплоты через участок фрагмента с данным линейным или точечным элементом, приходящиеся на 1 м примыкания линейного элемента или на 1 шт. точечных элементов. Пример температурного поля точечного элемента изображен на рисунке 1

Температура Т

—19.88

18.40

16.92

15.44

13.96

12.48

11.01

9.53

8.05

6.57

5.09

Рисунок 1. Расчет точечного элемента неоднородности - примыкание несущих ЖБ столбов в варианте 2.

Далее удельные потери теплоты через каждый элемент определяются по формуле (Е.8) или (E.11) СП 50.13330.2012. Коэффициент теплотехнической однородности r, характеризующий эффективность утепления конструкции, определяется по формуле (Е.4) СП 50.13330.2012. Сводный результат расчетов представлен в таблицах.

Таблица 2. Вариант 1 без утепления перекрытия снизу.

Элемент конструкции	Удельный геометр. показатель	Удельные потери теплоты	Удельный поток теплоты, обусловленный элементом Вт/(м²∙ºС)	Доля общего потока теплоты через фрагмент, %
Перекрытие без	1.000	0.419	0.419	69.2

Элемент конструкции	Удельный геометр. показатель	Удельные потери теплоты	Удельный поток теплоты, обусловленный элементом Вт/(м²∙ºС)	Доля общего потока теплоты через фрагмент, %
примыканий
Примыкание ЖБ стен	0.137	0.724	0.099	16.4
Примыкание перегородок из кирпича или блоков	0.190	0.283	0.054	8.9
Примыкание перегородок из газобетона 150мм	0.035	0.049	0.002	0.3
Прохождение ЖБ колонн	0.035	0.906	0.031	5.2
Итого			0.606	100%
_R ₀пр				1.651
R усл				2.385
r=R 0^пр / R 0^усл				0.69

Расчет показывает, что сопротивление теплопередаче варианта перекрытия без утепления (1,651 м2°С/Вт) не соответствует нормируемому (2,22 м2°С/Вт). Видно, что основные потери происходят в зоне примыкания железобетонных стен (16%) и колонн (5%).

Таблица 3. Вариант 2 утепление перекрытия снизу МВП 50 мм.

Элемент конструкции	Удельный геометр. показатель	Удельные потери теплоты	Удельный поток теплоты, обусловленный элементом Вт/(м²∙ºС)	Доля общего потока теплоты через фрагмент, %
Перекрытие без примыканий	1.000	0.277	0.277	70.8
Примыкание ЖБ стен	0.137	0.507	0.070	17.8
Примыкание перегородок из кирпича или блоков	0.190	0.101	0.019	4.9

Элемент конструкции	Удельный геометр. показатель	Удельные потери теплоты	Удельный поток теплоты, обусловленный элементом Вт/(м²∙ºС)	Доля общего потока теплоты через фрагмент, %
Примыкание перегородок из газобетона 150мм	0.035	0.021	0.001	0.2
Прохождение ЖБ колонн	0.035	0.708	0.025	6.3
Итого			0.392	100%
_R ₀пр				2.553
R усл				3.604
r=R 0^пр / R 0^усл				0.71

Видно, что удельные потери в зоне примыкания железобетонных стен

(17%) и колонн (6%) больше, чем в варианте без утепления.

Таблица 4. Вариант 3 утепление перекрытия снизу МВП 50мм с заходом на стены и колонны 500 мм.

Элемент конструкции	Удельный геометр. показатель	Удельные потери теплоты	Удельный поток теплоты, обусловленный элементом Вт/(м²∙ºС)	Доля общего потока теплоты через фрагмент, %
Перекрытие без примыканий	1.000	0.277	0.277	75.6
Примыкание ЖБ стен	0.137	0.382	0.052	14.3
Примыкание перегородок из кирпича или блоков	0.190	0.101	0.019	5.2
Примыкание перегородок из газобетона 150мм	0.035	0.021	0.001	0.2
Прохождение ЖБ колонн	0.035	0.500	0.017	4.7
Итого			0.367	100%
_R ₀пр				2.723

Элемент конструкции	Удельный геометр. показатель	Удельные потери теплоты	Удельный поток теплоты, обусловленный элементом Вт/(м²∙ºС)	Доля общего потока теплоты через фрагмент, %
R усл				3.604
r=R 0^пр / R 0^усл				0.76

В случае дополнительного утепления стен и колонн коэффициент однородности увеличился на 0,05.

Таблица 5. Вариант 4 утепление перекрытия снизу МВП 100мм.

Элемент конструкции	Удельный геометр. показатель	Удельные потери теплоты	Удельный поток теплоты, обусловленный элементом Вт/(м²∙ºС)	Доля общего потока теплоты через фрагмент, %
Перекрытие без примыканий	1.000	0.207	0.207	69.3
Примыкание ЖБ стен	0.137	0.422	0.058	19.3
Примыкание перегородок из кирпича или блоков	0.190	0.052	0.010	3.3
Примыкание перегородок из газобетона 150мм	0.035	0.011	0.000	0.1
Прохождение ЖБ колонн	0.035	0.687	0.024	8.0
Итого			0.299	100%
_R ₀пр				3.341
R усл				4.824
r=R 0^пр / R 0^усл				0.69

Таким образом, вариант 4 наиболее эффективен.

Проанализируем экономическую эффективность рассмотренных вариантов. Тариф на тепловую энергию на 2018 год для Санкт-Петербурга составляет 1745,86 руб./Гкал или 1,5 руб./кВт*час. Стоимость укладки утеплителя примем по актуальной сметной стоимости 160-200 руб./м2. Цена утеплителя составляет примерно 500 р. за упаковку (7,2 м2 при толщине 50

мм и 3,6 м2 при толщине 100 мм). Итоговая окупаемость вариантов утепления представлена в таблице.

Таблица 6. Сравнение экономической эффективности.

Вариант	год , Q общ кВт*час	Стоимость, руб.	Экономия, руб./год	Окупаемость, лет
1	3612866	-	-	-
2	3561206	722430	77490	9,3
3	3554458	960802	87612	11,0
4	3537819	1099350	112570,5	9,8

Таким образом окупаемость всех предложенных вариантов утепления составляет 9-11 лет, при этом более простыми и выгодными представляются варианты с утеплением только перекрытия.

Список литературы Выбор оптимального варианта утепления полов над подвальными помещениями в жилищном строительстве

Гагарин В.Г., Неклюдов А.Ю. Учет теплотехнических неоднородностей ограждений при определении тепловой нагрузки на систему отопления здания. // Жилищное строительство. 2014. №6. С.3-7.
Постановление Правительства №1521 от 26.12.2014 г. «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».
СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003».
СП 131.13330.2012 «Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*».
СП 230.1325800.2015 «Конструкции ограждающие зданий. Характеристики теплотехнических неоднородностей». Минстрой России. 2015.

Статья научная