Строительная теплофизика. Теплотехнические расчеты ограждающих конструкций и расчет удельного потребления теплоты на отопление и вентиляцию здания

Т. И. Королева, М. В. Фролов 
СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕПЛОФИЗИКА 
ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ  
ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ   
И РАСЧЕТ УДЕЛЬНОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ ТЕПЛОТЫ  
НА ОТОПЛЕНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЮ ЗДАНИЯ 
Учебное пособие 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024 
1 

УДК 697 
ББК 38.762 
 
К68 
 
 
 
Рецензенты: 
д. т. н., проф., профессор кафедры «Безопасность жизнедеятельности 
 в строительстве и городском хозяйстве» ФГБОУ ВО Волгоградский государственный  
технический университет Сидельникова Ольга Петровна; 
к. т. н., доц., доцент кафедры «Теплогазоснабжение и вентиляция»  
ФГБОУ ВО Пензенский государственный университет архитектуры и строительства  
Аржаева Наталья Владимировна 
 
 
 
 
Королева, Т. И. 
К68  
Строительная теплофизика. Теплотехнические расчеты ограждающих 
конструкций и расчет удельного потребления теплоты на отопление и вентиляцию здания : учебное пособие / Т. И. Королева, М. В. Фролов. - 
Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. - 112 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1961-1 
 
Рассмотрены теоретические основы расчета средств обеспечения теплового режима зданий, порядок теплотехнической оценки ограждающих конструкций и методика проектирования строительных ограждений из условий теплоустойчивости, теплоусвоения, паро- и воздухопроницаемости, расчет удельной характеристики расхода 
тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания. Представлены примеры расчета. Пособие содержит материалы, предназначенные для фонда оценочных средств,  
а также для курсового проектирования и выполнения выпускной квалификационной 
работы бакалавров. 
Для студентов, обучающихся по направлению 08.03.01 «Строительство» (профиль «Теплогазоснабжение и вентиляция») при изучении дисциплины «Строительная 
теплофизика». 
 
УДК 697 
ББК 38.762 
 
ISBN 978-5-9729-1961-1 
” Королева Т. И., Фролов М. В., 2024 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
2 
 

ВВЕДЕНИЕ 
 
Обеспечение комфортных тепловых условий в помещениях жилых зданий 
в холодное время года необходимо для укрепления здоровья и улучшения отдыха людей. 
Важность теплотехнической подготовки обучающихся определяется тем, 
что системы обеспечения заданных климатических условий в помещениях являются основными технологическими элементами современных зданий. 
В первой главе представлен план самостоятельной работы. Во второй главе приведен теплотехнический расчет наружных ограждений. В третьей главе 
дана методика расчета теплоустойчивости наружных ограждений в теплый период. Четвертая глава посвящена расчету теплоусвоения поверхности полов.  
В пятой главе приведена проверка внутренней поверхности ограждения (стены) 
на возможность конденсации влаги. В шестой главе рассмотрена воздухопроницаемость ограждающих конструкций. В седьмой главе показан расчет удельной характеристики расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания. В приложениях предоставлены исходные данные и весь необходимый 
справочный материал. 
Процесс изучения данного пособия направлен на формирование следующих компетенций: способность выполнять работы по проектированию систем 
теплогазоснабжения и вентиляции; способность выполнять обоснование проектных решений систем теплогазоснабжения и вентиляции; способность проводить оценку технических и технологических решений систем теплогазоснабжения и вентиляции. 
 
 
3 
 

1. РЕКОМЕНДАЦИИ  
ПО ВЫБОРУ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ  
ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РАСЧЕТОВ 
 
Для обеспечения нормального температурно-влажностного режима в помещениях различного назначения их внутренний объем отделяют от окружающей среды ограждающими строительными конструкциями - стенами и покрытиями, защищающими от атмосферных воздействий (низких температур, осадков, ветра, солнечной радиации, а также агрессивных сред). Требования к микроклимату помещений регламентируются положениями сводов правил (СП - 
актуализированных редакций строительных норм и правил (СНиП)), приведенных в библиографическом списке.  
Наружные ограждающие конструкции оказывают сопротивление переходу 
тепловой энергии, водяных паров, воздуха из одной среды в другую, препятствуя выравниванию их параметров: температуры, влажности, давления.  
Изучение процессов тепло-, влаго- и воздухопередачи через ограждающие 
конструкции и составляет цель курсовой работы.  
Представленные в данной работе методики позволяют осуществить расчет 
сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций (стен, чердачных покрытий и перекрытий, дверей, световых проемов) жилых и общественных зданий 
в соответствии с требованиями энергосбережения, а также провести проверочные 
расчеты влажностного, воздушного режимов и проверку на теплоустойчивость 
наружных ограждений зданий. Кроме того, оценить достигнутую в проекте здания 
или в эксплуатируемом здании его потребность в тепловой энергии на отопление 
и вентиляцию; определить класс энергосбережения здания.  
Расчеты должна быть выполнены в соответствии с действующими положениями сводов правил (СП), ГОСТами и стандартами [5-9, 13, 14]. В процессе 
выполнения следует использовать справочную и учебную литературу, указанную в прилагаемом списке литературы. 
Порядок теплотехнического расчета ограждающих конструкций и расчета 
удельного потребления теплоты на отопление и вентиляцию здания: 
1. Выбираются климатические данных района строительства, характеристик теплового и влажностного режимов помещения и ограждающих конструкций, теплофизические характеристики материалов конструкций ограждений. 
2. Выполняется теплотехнический расчет наружных ограждений. Определяется толщина теплоизоляционного слоя конструкции. Рассчитывается фактиче4 
 

ские сопротивления теплопередаче наружной стены, покрытия, перекрытия, световых проемов, полов и наружных дверей. 
3. Проверяется теплоустойчивости ограждающих конструкций в теплый 
период. 
4. Выполняется расчет теплоусвоения поверхности полов. 
5. Выполняется проверка возможности конденсации влаги на внутренней 
поверхности и в толще наружной стены.  
6. Выполняется расчет сопротивления воздухопроницанию ограждающей 
конструкции стены, окон и балконных дверей. Определяются количество  
инфильтрующегося воздуха, температуры на внутренней поверхности и коэффициент теплопередачи с учетом инфильтрации наружного воздуха. 
В соответствии с нормативной литературой, ссылки на которые есть  
в табл. 1.1, выбираются исходные данные для проектирования: характеристики 
климатических особенностей местности, зону влажности, расчетные параметры 
наружного воздуха, теплопоступления от солнечной радиации, теплотехнические характеристики материалов ограждений и др.  
 
Таблица 1.1 
Климатические характеристики района строительства города Пензы 
№ 
п/п 
Наименование величины 
Обозначение 
Размерность 
Значение 
Нормативный 
источник 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
1 
Расчетная географическая широта 
- 
с.ш. 
52 
[18, прил. 8] 
2 
Барометрическое давление 
Wбар 
ГПа 
996 
[6, табл. 4.1] 
Средняя температура наружного  
воздуха:  
 
 
 
 
- наиболее холодной пятидневки, 
обеспеченностью 0,92 
ƚхп 
qС 
-27 
[6, табл. 3.1] 
3 
- наиболее холодных суток,  
обеспеченностью 0,92 
ƚхс 
qС 
-31 
[6, табл. 3.1] 
- за отопительный период 
tоп 
qС 
-4,1 
[6, табл. 3.1] 
4 
Абсолютная минимальная  
температура наружного воздуха 
Tнм 
qС 
-43 
[6, табл. 3.1] 
5 
Средняя максимальная температура 
наружного воздуха наиболее теплого 
месяца 
tнл 
qС 
26 
[6, табл. 4.1] 
6 
Zоп(nоп) 
сутки 
200 
[6, табл. 3.1] 
Продолжительность отопительного 
периода со средней суточной  
температурой наружного воздуха 
d8 qС 
 
5 
 

Окончание таблицы 1.1 
 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
Зона влажности наружного  
воздуха 
С,Н,В 
- 
сухая 
[7, прил. В] 
8 
Условия эксплуатации  
А,Б 
- 
А 
[7, табл. 1,2] 
Средняя месячная относительная 
влажность наружного воздуха: 
 
 
 
 
9 
- наиболее холодного месяца  
(январь) 
Mх 
  
83 
[6, табл. 3.1] 
- наиболее теплого месяца (июль) 
Mл 
  
68 
[6, табл. 4.1] 
 
 
 
 
Количество теплоты,  
поступающее от солнечной  
радиации на поверхность  
ограждений: 
10 
- максимальное значение  
суммарной солнечной радиации 
(прямой и рассеянной) 
Yмах 
Вт/м2 
547 
[17, прил. 6] 
- среднее значение суммарной  
солнечной радиации (прямой  
и рассеянной) 
Yср 
Вт/м2 
168 
[17, прил. 6] 
н
t
A
 
qC 
18,4 
[17, прил. 2] 
11 
Максимальная амплитуда  
суточных колебаний температуры 
наружного воздуха в июле 
Скорость ветра: 
 
 
 
 
12 
- максимальная из средних  
скоростей ветра по румбам  
за январь 
vхол 
м/с 
4,4 
[6, табл. 3.1] 
- минимальная из средних  
скоростей ветра по румбам  
за июль 
vтепл 
м/с 
3,8 
[6, табл. 4.1] 
 
В соответствии с конструкцией наружных ограждений по приложению 5 
заполняется таблица с теплофизическими характеристиками материалов конструкций наружных ограждений табл. 1.2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6 
 

Таблица 1.2 
Теплофизические характеристики материала 
 конструкций наружных ограждений 
Расчетные коэффициенты 
Номер слоя 
Толщина слоя, м 
Материал слоя 
Вид ограждения 
Весовая влажность  
материала w, % 
Плотность ႤϬ͕кг/м3 
Коэффициент  
паропроницаемости —, 
 кг/м ч Па 
Удельная теплоемкость  
в сухом состоянии Со,  
кДж/кг ၨС 
Коэффициент  
теплопроводности Ȝ͕Вт/м ၨС
Коэффициент теплоусвоения 
материала S, Вт/м2 ၨС 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 
10 
1 
Бетон на зольном 
гравии 
0,1 
0,58 
1400 
8,0 
0,84 
8,34 
0,09 
Стена 
2 
Маты и полосы  
из стекловаты 
0,2 
0,07 
150 
5,0 
0,84 
0,90 
0,53 
3 
Шлакопемзобетон 
0,1 
0,52 
1400 
8,0 
0,84 
10,83 
0,098 
1 
3 слоя рубероида 
0,016 0,17 
600 
0 
1,68 
3,53 
0,0014 
2 
Ц/п стяжка 
0,02 
0,93 
1800 
4 
0,84 
11,09 
0,09 
3 
Мин. ватные плиты 0,25 0,064 
125 
5,0 
0,84 
0,78 
0,38 
Покрытие 
4 
Рубероид 
0,006 0,17 
600 
0 
1,68 
3,53 
0,0014 
5 
Плита перекрытия 
(бетон на гравии) 
0,24 
1,86 
2400 
3 
0,84 
17,88 
0,03 
1 
Покрытие пола  
(паркет) 
0,04 
0,41 
700 
15 
2,30 
7,83 
0,30 
2 
Ц/п стяжка 
0,02 
0,93 
1800 
4 
0,84 
11,09 
0,09 
Полы 
3 
Мин. ватные плиты 
0,2 
0,064 
125 
5,0 
0,84 
0,78 
0,38 
4 
Рубероид 
0,006 0,17 
600 
0 
1,68 
3,53 
0,0014 
5 
Покрытие  
из шлакобетона 
0,1 
0,76 
1800 
8 
0,84 
10,83 
0,075 
 
 
" Контрольные вопросы  
1.Какая нормативная документация используется при выполнении самостоятельной работы" 
2.В какой последовательности выполняется самостоятельная работа" 
7 
 

2. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ  
НАРУЖНЫХ ОГРАЖДЕНИЙ 
 
Для расчета теплопотерь необходимо иметь данные о конструкциях ограждений и их теплотехнических и теплозащитных качествах. 
Теплотехнические качества ограждений принято характеризовать величиной сопротивления теплопередаче Rо. Правильно выбранная конструкция 
ограждения и строго обоснованная величина его сопротивления теплопере- 
даче обеспечивают требуемый микроклимат и экономичность конструкции 
здания. 
Теплотехнический расчет проводится для всех наружных ограждений 
(стен, покрытий, полов, окон, дверей) для холодного периода года с учетом 
района строительства, условий эксплуатации, назначения здания и санитарногигиенических требований, предъявляемых к ограждающим конструкциям  
и помещению, согласно [7]. 
Теплофизические характеристики материалов при расчетах строительных 
ограждений (расчетные коэффициенты теплопроводности O, Вт/(м ˜qС), и теплоусвоения S, Вт/(м2 ˜qС)) следует принимать с учетом зоны влажности  
и влажностного режима помещения. Зона влажности района застройки может 
быть сухая, нормальная и влажная и определяется по схематической карте 
территории РФ [7, прил. В], (прил. 3). Влажностный режим помещения бывает 
сухой, нормальный, влажный и мокрый. Для холодного периода в жилых зданиях принимается режим нормальный, для других помещений он выбирается 
в зависимости от Mв, , [7, табл. 1, 2], (прил. 4, табл. 1, 2). 
С учетом зоны влажности и влажностного режима помещения для ограждающих конструкций выбирают условия эксплуатации (А или Б). 
Исходя из условий эксплуатации А и Б для материалов ограждающих конструкций значения коэффициентов теплопроводности и теплоусвоения O  
и S выбираются по (прил. 5). 
Согласно [7, п. 5.1], теплозащитная оболочка здания должна отвечать следующим требованиям: 
а) приведенное сопротивление теплопередаче отдельных ограждающих 
конструкций должно быть не менее нормируемых значений (поэлементные 
требования); 
б) удельная теплозащитная характеристика здания должна быть не больше 
нормируемого значения (комплексное требование); 
8 
 

в) температура на внутренних поверхностях ограждающих конструкций 
должна быть не ниже минимально допустимых значений (санитарно-гигиеническое  
требование). 
Требования тепловой защиты здания будут выполнены при одновременном выполнении требований а), б), в). 
 
2.1. Методика расчета толщины  
утепляющего слоя стены 
При выполнении теплотехнического расчета для зимних условий прежде 
всего необходимо убедиться, что конструктивное решение проектируемого 
ограждения позволяет обеспечить необходимые санитарно-гигиенические  
и комфортные условия микроклимата.  
Нормируемое значение приведенного сопротивления теплопередаче 
ограждающей конструкции, 
норм
о
R
,(м2˜qC)/Вт, следует определять по формуле  
 
норм
тр
о
о
р
R
R m
 
, 
 (2.1) 
где 
тр
о
R
- базовое значение требуемого сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции, (м2˜qC)/Вт, следует принимать в зависимости 
от градусо-суток отопительного периода, (ГСОП), регион строительства и определять по табл. 2.2 [7]; 
р
m  - коэффициент, учитывающий особенности региона строительства.  
В расчете в формуле (1.1) принимается равным 1. Согласно [7] допускается снижение значения коэффициента 
р
m  в случае, если при 
выполнении расчета удельной характеристики расхода тепловой 
энергии на отопление и вентиляцию здания по методике, приведенной в разд. 7 данного пособия, выполняются требования разд. 7.1  
к данной удельной характеристике. Значения коэффициента 
р
m  при 
этом должны быть не менее: 
р
m  = 0,63 - для стен, 
р
m  = 0,95 - для 
светопрозрачных конструкций, 
р
m  = 0,8 - для остальных ограждающих конструкций. 
 
Градусо-сутки, qјсут, отопительного периода следует определять по формуле  
 ГСОП = (tв - toт)˜Zoп,  
(2.2) 
где tв – расчетная температура внутреннего воздуха, qС, принимаемая по нормам проектирования соответствующих зданий [15], (табл. 2.1); 
9 
 

toт – средняя температура отопительного периода, qС, по >6, табл. 3.1@, 
(см. прил. 6); 
Zoт - продолжительность отопительного периода, сут, по >6, табл. 3.1@, 
(см. прил. 6). 
 
Таблица 2.1  
Расчетные параметры внутреннего воздуха для жилого здания 
Относительная  
влажность внутреннего 
воздуха Mв,  
Наименование помещения 
Температура  
внутреннего  
воздуха, tв, qС 
Жилая комната, квартира 
20 
50-55 
Кухня квартиры 
18 
50-55 
Лестничная клетка в жилом доме 
16 
50-55 
Коридор в квартире 
18 
50-55 
Жилая угловая комната  
22 
50-55 
П р и м е ч а н и е . В районах с температурой tхп = -31 qС и ниже в жилых комнатах надо 
принимать tв  на 2 qС выше нормативной. 
 
Таблица 2.2  
Базовые значения требуемого сопротивления теплопередаче  
ограждающих конструкций 
Базовые значения требуемого сопротивления теплопередаче  
,
тр
о
R
  (м2˜qС)/Вт,  
ограждающих конструкций 
Здания 
 и помещения,  
коэффициенты  
а и b 
стен 
Градусо-сутки  
отопительного периода,  
 qјсут 
фонарей  
с вертикальным 
остеклением 
покрытий и  
перекрытий над 
проездами 
окон и  
балконных  
дверей, витрин и  
витражей 
перекрытий  
чердачных, над 
неотапливаемыми  
подпольями  
и подвалами 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
2000 
4000 
6000 
8000 
10000 
12000 
2,1 
2,8 
3,5 
4,2 
4,9 
5,6 
3,2 
4,2 
5,2 
6,2 
7,2 
8,2 
2,8 
3,7 
4,6 
5,5 
6,4 
7,3 
0,3 
0,45 
0,6 
0,7 
0,75 
0,8 
0,3 
0,35 
0,4 
0,45 
0,5 
0,55 
Жилые,  
лечебнопрофилактические  
и детские  
учреждения, школы, 
интернаты,  
гостиницы  
и общежития 
а 
- 
0,00035 
0,0005 
0,00045 
- 
0,000025 
b 
- 
1,4 
2,2 
1,9 
- 
0,25 
10