Temper-3D

Как правильно рассчитать R0, и к чему это приведет, если его рассчитать не правильно?

Как рассчитать R0, чтобы все соответствовало СП и СНиП и чтобы у вас не возникло
проблем?

Термин R0 (читается эр ноликовое) возник в связи с расчетами ограждающих
конструкций, где необходимо было узнать, насколько данная ограждающая конструкция
является «хорошей», с точки зрения теплоизоляционных свойств.

Это было вполне нормально, но это было примерно 15-20 лет назад.

При этом параметру R0 придавалось вполне конкретное физическое обоснование. Этот
параметр использовался для вычисления теплопотерь, при учете теплопотерь поверхности здания
снаружи.

Этот параметр должен был указывать, на сколько данная конструкция экономична в
смысле теплоизоляционных свойств.  Чем этот параметр выше, тем лучше
конструкция в целом.

Были даны формулы, по которым R0 рассчитывается, а именно:

R0=1/alf1+t/Lam+1/alf2 (1) Например, при толщине ограждающей
конструкции t=640 мм. При коэффициенте теплопроводности Lam=0,75 (кирпичная кладка
в 2,5 кирпича), alf1=8,7 и alf2=23

R0=1,011754м²*С/Вт

Temper-3D дает такое же значение.

Это все соответствовало реальностям, но на текущее время ситуация существенно изменилась.
Для расчетов R0 все чаще стали использовать компьютеры,  в частности, 
метод конечных элементов (КЭ), который позволяет производить расчеты не
только в одномерной, плоской, но и в объемной постановке, причем эти расчеты могли
производиться, как в нестационарной, так и в нелинейной постановке.

R0 можно рассчитать и другими способом:

В СНиП подробно не было объяснено, что такое S, и что такое Q. Было дано скромное
разъяснение, что S — это площадь, через которую происходит теплообмен, а Q — это тепловой поток
через эту площадь. Но в примере был только рассмотрен эпизод, когда наружная поверхность
равнялась внутренней, эти поверхности были плоскими и параллельными, и не
был рассмотрен случай с углом. Этот вопрос остался за кадром.

Все было корректно, пока не появились трехмерные конструкции (мы не говорим пока,
о нестационарных, и нелинейных расчетах). В СП 23-1001-2004 появилось разъяснение,
что считать за S, а что за Q, а именно, за S и за Q предлагается принять внутреннюю
поверхность, включая оконные откосы, и тут возникли проблемы, а именно:

Если использовать формулу (3) для Q, то необходимо расчет R0, производить таким
образом, что критерий выбора S и Q, должен быть одинаковым.

Что имеется в виду:

Для расчета R0 можно воспользоваться формулой (2), где Q получают из расчета температурных
полей на ЭВМ.

При этом в качестве площади S можно, например, использовать наружную площадь ОК,
либо внутреннюю, включая оконные откосы, как рекомендует СП, а Q это тепловой поток
через эту поверхность.

Кстати, а куда отнести тепловой поток через перегородки и перекрытия?

СНиП на этот вопрос не дает ответа.

Но, если мы захотим в дальнейшем рассчитать потери через ОК, то нам необходимо площадь
S и тепловой поток Q брать те же.

Но в «Энергетическом паспорте здания» дана наружная площадь ОК стен Aw, а  внутренняя площадь ОК, включая оконные откосы, не приведена. Поэтому организации производящие надзор, НИКОГДА не захотят пользоваться R0, рассчитанным по внутренней поверхности (в настоящее время получить доступ в приватизированную квартиру, для произведения замеров крайне затруднен), в то же время, наружную площадь легко измерить, да и к тому же она указана в паспорте здания. СНиП же настойчиво рекомендует производить расчет по внутренней поверхности, причем с учетом площади откосов, что совершенно не поддается объяснению. «Пользуясь» рекомендациями СНиПа можно получить любое, наперед заданное значение R0.

Поэтому в TEMPER-3D при расчете R0 всегда считалась за площадь только фронтальная
(наружная часть), а тепловой поток считается как и в СП, но еще и учитывается внутренние перегородки
и плиты перекрытия, с учетом рельефа, т.е. вся внутренняя площадь, за исключением
самого окна.

Для того, чтобы оценить на сколько различаются R0, рассчитанные по разным S и Q,
приведем численный эксперимент:

Рассчитаем плоское температурное поле объекта (шаг разбиения был принят равномерный
10 мм, кол-во элементов 6560) со следующими параметрами:

Рис 1. Размеры плоской конструкции для расчета

Произведем три расчета, с расположением стеклопакета, в середине ограждающей конструкции
(рис. 2), ближе к внутренней поверхности (рис. 3), ближе к наружной поверхности
(рис. 4).

В таблицах приведены результаты расчетов (тепловые потоки и площади рассчитывались
на 100 мм высоты конструкции), а также расчет R0, причем расчет R0 производился
двумя способами.

В обоих способах в качестве теплового потока брался тепловой поток, рассчитанный
по внутренней поверхности, причем учитывались оконные откосы и перегородка.

В качестве площади в первом случае использовалась фронтальная площадь наружной стороны
ограждающей конструкции (так расчет производится в TEMPER-3D).

Рис 2. Стеклопакет, в середине ограждающей конструкции

Результаты теплотехнического расчета к Рис 2

Рис 3. Стеклопакет, ближе к внутренней поверхности

Результаты теплотехнического расчета к Рис 3

Рис 4. Стеклопакет, ближе к наружной поверхности

Результаты теплотехнического расчета к Рис 4

Проанализируем полученные результаты (табл. 4). В колонке «Тепл. поток» указан весь тепловой поток, включая окно. Как видно, входящий и выходящий потоки отличаются не
более 0,01%, на самом деле он гораздо меньше (при погрешности более 0,01% TEMPER-3D
выдает предупреждение).

В колонке Q указан поток без учета окна, в этом случае погрешность 1-6%, причем
при симметричном расположении стеклопакета эта погрешность ниже, что вполне объяснимо.
СП использует поток по внутренней поверхности, TEMPER-3D так же, главное в этом
случае определиться.

В колонке R0 в верхней строке (Наружн.) приведено значение, рассчитанное с использованием
фронтальной площади (без учета рельефа), так рассчитывается в TEMPER-3D, в нижней
(Внутр.) – с использованием внутренней поверхности без учета перегородок и плит
перекрытия, так рекомендуют СП.

R0 изменяется в интервале от 0,703 до 1,095, вроде вполне приемлемо, но значение
R0=1,095, это уже превышает значение однородной конструкции которое=1,011754, что
несколько вызывает сомнения (конструкция получилась лучше, чем однородная), кроме
того, характерные, наиболее низкие температуры на внутренней поверхности ниже, чем
при однородной конструкции. В обоих случаях при расчете Q принималась внутренняя
площадь с учетов рельефа, а не фронтальная, что вполне разумно.

В СП, в отличие от TEMPER-3D, не указано, что в качестве площади используется фронтальная
площадь (без учета рельефа).

Ниже приведен расчет, в котором, внутренняя поверхность имеет некоторый рельеф.

Рис 5. внутренняя поверхность имеет некоторый рельеф

Результаты теплотехнического расчета к Рис 5

Отсюда можно сделать вывод, что R0 при расчете по внутренним параметрам получается
значение более R0=1,2, если бы мы еще увеличили рельефность, то эту величину можно
было довести до 3-5, а при желании идо 10, что не совершенно не поддается объяснению. В то же время расчет по наружным (фронтальным параметрам) выдается вполне разумная величина, а именно R0=0,85. Кроме того, следует учесть, что конструкция (Рис. 2) наиболее экономичная с точки зрения изоляционных свойств у нее самый низкий тепловой поток, включая окно (16,6068 вт./100 мм).

Иными словами, на вопрос: «Если R0=3,5, рассчитанное по рекомендациям СНиП, это теплое здание?», можно с уверенностью ответить, что гарантии такой  нет, так как нет четких рекомендаций для расчета этого параметра, кроме того, даже может на внутренней поверхности выпасть роса.

Поэтому считайте по СНиПу (СП) и “насчитывайте” любое R0, а для того, чтобы вас потом жильцы по судам не затаскали, производите расчеты по ФРОНТАЛЬНОЙ наружной поверхности, либо по фронтальной внутренней. Эти значения не очень отличаются, и дают вполне разумные значения, правда, при расчете угла  по наружным поверхностям получается завышенное значение,  если угол наружу, а если внутрь (лоджия), то наоборот.

Еще лучше, в качестве критерия выбирать минимальную температуру на внутренней поверхности, и если она  будет ниже, чем температура внутреннего воздуха не более  4 С, то и проблем  НИКОГДА не возникнет. Жильца, а именно для него все это и делается, не интересует R0, а вот если по стене «потечет», то, несмотря на то, что R0=3,5, он подаст иск в суд и выиграет его, такие прецеденты имеются (прим. автора).