ГОСТ Р ИСО 13370-2016 Тепловые характеристики зданий. Метод расчета теплопередачи через грунт.
ГОСТ Р ИСО 13370-2016
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ТЕПЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗДАНИЙ
Метод расчета теплопередачи через грунт
Thermal performance of buildings. Calculation method of heat transfer via the ground
ОКС 91.120.10
Дата введения 2017-07-01
Предисловие
1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным бюджетным учреждением "Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук" (НИИСФ РААСН) на основе официального перевода на русский язык англоязычной версии указанного в пункте 4 международного стандарта, который выполнен Федеральным государственным унитарным предприятием "Российский научно-исследовательский центр информации по стандартизации, метрологии и оценке соответствия" (ФГУП "СТАНДАРТИНФОРМ")
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 "Строительство"
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 13 декабря 2016 г. N 2014-ст
4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 13370:2007* "Тепловые характеристики зданий. Теплообмен через землю. Методы вычислений" (ISO 13370:2007 "Thermal performance of buildings - Heat transfer via the ground - Calculation method", IDT).
Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5).
При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА
5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)
Введение
Настоящий стандарт предоставляет часть методики расчета, оценивающей вклад, который строительные конструкции вносят в энергопотребление и общую энергетическую характеристику зданий.
Настоящий стандарт характеризует плоские фрагменты конструкций здания, которые находятся в непосредственном контакте с грунтовым основанием здания. Ориентировочный метод расчета трансмиссионных тепловых потерь, предусматривающий учет теплопроводных включений, связанных с узлом соединения стена/перекрытие, изложен в ИСО 13789.
Расчеты теплопередачи через грунт могут быть выполнены с помощью численных методов, которые также допускают анализ теплопроводных включений (соединения стен/перекрытий), для оценки минимально допустимой температуры внутренних поверхностей.
В настоящем стандарте представлены методы, которые учитывают трехмерную природу теплового потока в грунте под зданием.
Коэффициенты теплопередачи перекрытий, находящихся в непосредственном контакте с грунтом, используются в строительных нормах и правилах ряда стран для ограничения тепловых потерь через данные перекрытия.
Коэффициенты теплопередачи, определенные для стационарного режима, также устанавливают связь среднего теплового потока с осредненной разностью температур. Для стен и кровель, находящихся на поверхности, возникают ежедневные периодические колебания в тепловом потоке, который аккумулируется в конструкциях и передается в связи с дневными колебаниями температуры. При этом ежедневную усредненную потерю теплоты можно найти из коэффициента теплопередачи и ежедневной усредненной разности температур внутри и снаружи. Однако для перекрытий и подвальных стен, находящихся в контакте с грунтовым основанием здания, большая тепловая инерция грунта дает в результате периодические тепловые потоки, имеющие отношение к годовому циклу внутренних и наружных температур. Установившийся тепловой поток является аппроксимацией среднего теплового потока за отопительный сезон.
В дополнение к установившейся части теплопередачи подробная оценка тепловых потерь перекрытий получается из коэффициентов годовой периодической теплопередачи, имеющей отношение к теплоемкости грунта, а также его теплопроводности вместе с амплитудой годовых колебаний средней температуры за месяц.
В приложении D рассмотрен метод расчета теплопередачи через грунт вместе с методами переходных процессов для вычисления тепловых потоков или температур в зданиях, используя временной интервал 1 ч или менее.
Примеры расчетов, иллюстрирующие применение методов настоящего стандарта, приведены в приложении K.
1 Область применения
Настоящий стандарт содержит в себе метод расчета коэффициентов теплопередачи и расходов теплоты для фрагментов конструкций здания, находящихся в непосредственном соприкосновении с грунтовым основанием здания, включая бетонные плиты на грунте цокольных этажей, перекрытия без промежуточных опор и подвалы. Настоящий стандарт применим к следующим конструкциям здания:
- для плит, расположенных непосредственно на грунтовом основании; для перекрытий, образующих с грунтом воздушную прослойку; для ограждений неотапливаемых подвалов (на уровне внутренней поверхности перекрытия);
Примечание - В некоторых случаях внешние размеры определяют границу на нижней поверхности плиты настила.
- для ограждений отапливаемых подвалов (на уровне наружной поверхности основания).
Настоящий стандарт находит применение для расчетов энергопотребления и обеспечения тепловых потребностей, которые образуются из-за необходимости компенсировать теплопередачу через указанные конструкции при проектировании зданий за рубежом. На территории Российской Федерации методики, используемые в настоящем стандарте, могут применяться для справочных расчетов.
Настоящий стандарт содержит метод расчета установившейся части теплопередачи (средней скорости теплового потока за год) и определенной доли этой теплопередачи вследствие годовых периодических изменений температуры (сезонные колебания расхода теплоты относительно годового среднего). Эти сезонные колебания получаются на основе месячных данных, и, за исключением применения программ динамического моделирования в приложении D, настоящий стандарт не применяется к периодам времени короче одного месяца.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие международные стандарты*:
ISO 6946:2007 Building components and building elements - Thermal resistance and thermal transmittance - Calculation method (Конструкции ограждающие строительные и их элементы. Сопротивление теплопередаче и коэффициент теплопередачи. Метод расчета)
ISO 7345:1987 Thermal insulation - Physical quantities and definitions (Теплоизоляция. Физические величины и определения)
ISO 13789:2007 Thermal performance of buildings - Transmission and ventilation heat transfer coefficients - Calculation method (Тепловые характеристики зданий. Удельные тепловые потери за счет теплопередачи и вентиляции. Методы расчета)
ISO 14683:2007 Thermal bridges in building construction - Linear thermal transmittance - Simplified methods and default values (Теплотехнические неоднородности. Удельные потери теплоты через линейные теплотехнические неоднородности. Упрощенные методы расчета и базовые величины)
3 Термины, определения, условные обозначения и единицы измерения
3.1 Термины и определения
В настоящем стандарте применены термины и определения согласно ИСО 7345, а также следующие:
3.1.1 плита на грунте (slab on ground): Горизонтальный плоскостной элемент здания, выполняющий несущие и ограждающие функции и расположенный непосредственно на грунте по всей его площади.
3.1.2 перекрытие без промежуточных опор (suspended floor): Горизонтальный плоскостной элемент здания, выполняющий несущие и ограждающие функции и расположенный таким образом, что самая нижняя часть этого элемента удерживается над грунтом, образуя воздушную прослойку между перекрытием и грунтом.
Примечание - Воздушная прослойка, называемая также подпольем или нежилым пространством между грунтом и полом первого этажа, может быть вентилируемой или невентилируемой.
3.1.3 подвал (basement): Этаж здания, который частично или полностью расположен ниже уровня земли (с отметкой пола ниже планировочной отметки земли).
Примечание - Этот этаж может быть отапливаемым или неотапливаемым. В контексте данного стандарта под это определение подпадают этажи цокольные.
3.1.4 эквивалентная толщина (equivalent thickness): Толщина слоя (имеющего собственную величину теплопроводности), которая имеет такое же термическое сопротивление, как и сопротивление теплопередаче всей рассматриваемой конструкции.
3.1.5 стационарный коэффициент теплопередачи (steady-state heat transfer coefficient): Коэффициент установившейся части теплопередачи (в стационарном режиме), характеризующий тепловой поток, отнесенный к разности температур наружного и внутреннего воздуха.
3.1.6 внутренний нестационарный коэффициент теплопередачи (internal periodic heat transfer coefficient): Коэффициент теплопередачи (в нестационарных условиях), характеризующий тепловой поток, отнесенный к амплитуде изменения внутренней температуры воздуха помещения за годовой цикл.
3.1.7 наружный нестационарный коэффициент теплопередачи (external periodic heat transfer coefficient): Коэффициент теплопередачи (в нестационарных условиях), характеризующий тепловой поток, отнесенный к амплитуде изменения наружной температуры воздуха за годовой цикл.
3.1.8 размерная характеристика перекрытия (characteristic dimension of floor): Площадь перекрытия, отнесенная к половине его периметра.
3.1.9 фазовая разность (phase difference): Период времени между максимальным или минимальным значением температуры цикла и соответствующими максимальными и минимальными значениями расхода теплоты.
3.2 Условные обозначения и единицы измерения
|
|
|
Условное обозна-чение | Величина | Единица измерения |
 | Площадь перекрытия | м  |
 | Размерная характеристика перекрытия | м |
 | Удельная теплоемкость немерзлого грунта | Дж/(кг·°С) |
 | Эквивалентная толщина грунта под перекрытием без промежуточных опор | м |
 | Эквивалентная толщина плиты на грунтовом основании | м |
 | Эквивалентная толщина ограждения подвала | м |
 | Стационарный коэффициент теплопередачи через грунт | Вт/°С |
 | Высота поверхности перекрытия над планировочной отметкой земли | м |
 | Открытый для воздействия периметр перекрытия | м |
 | Количество теплоты | Дж |
 | Термическое сопротивление (сопротивление теплопередаче) | м ·°С/Вт |
 | Сопротивление теплопередаче конструкции перекрытия | м ·°С/Вт |
 | Сопротивление теплопередаче на внутренней поверхности | м ·°С/Вт |
 | Сопротивление теплопередаче на внешней поверхности | м ·°С/Вт |
 | Коэффициент теплопередачи между внутренней и наружной окружающей средой по плоскости конструкции | Вт/(м ·°С) |
 | Коэффициент теплопередачи пола подвала по плоскости конструкции | Вт/(м ·°С) |
 | Коэффициент теплопередачи стен подвала по плоскости конструкции | Вт/(м ·°С) |
 | Коэффициент эффективной теплопередачи для всего подвала по плоскости конструкции | Вт/(м ·°С) |
 | Толщина наружных стен | м |
 | Глубина пола подвала ниже уровня земли | м |
 | Количество теплоты | Вт |
 | Теплопроводность немерзлого грунта | Вт/(м·°С) |
 | Плотность немерзлого грунта | кг/м  |
 | Температура | °С |
 | Удельный поток теплоты через линейный теплопроводный элемент, связанный с узлом соединения стена/перекрытие | Вт/(м·°С) |
 | Удельный поток теплоты через линейный теплопроводный элемент, связанный с изоляцией края конструкции | Вт/(м·°С) |
4 Методы расчета
Теплопередача через грунт характеризуется:
- тепловым потоком, связанным с площадью перекрытия в зависимости от конструкции перекрытия;
- тепловым потоком, связанным с периметром перекрытия в зависимости от теплопроводных включений на стыке соединения перекрытия со стеной;
- годовым периодическим тепловым потоком, также связанным с периметром перекрытия, который является следствием тепловой инерции грунта.
Стационарная или средняя за год часть теплопередачи может быть рассчитана с использованием одного из методов, изложенных ниже.
a) Трехмерный численный расчет, дающий результат непосредственно для рассматриваемого перекрытия: расчет рекомендуется выполнять в соответствии с нормативными документами, принимаемыми на национальном уровне. Этот результат применяется только для перекрытий заданного размера.
b) Двухмерный численный расчет, в котором используется перекрытие, имеющее условно бесконечную длину и ширину, равную размерной характеристике перекрытия (площади перекрытия, отнесенной к половине его периметра, см. 8.1): расчет рекомендуется выполнять в соответствии с нормативными документами, принимаемыми на национальном уровне. Этот результат применяется к перекрытиям, имеющим определенную размерную характеристику.
Примечание - Максимальные величины тепловых потоков возникают вблизи края перекрытий.
c) Расчет теплопередачи через плоскость перекрытия (см. раздел 9) вместе с долей теплового потока через характерные линейные теплопроводные включения, который может быть определен из двухмерного численного расчета в соответствии с документами, принимаемыми на национальном уровне.
d) Теплопередача через плоскость перекрытия, которая рассчитывается в настоящем стандарте (см. раздел 9) вместе с поправочными коэффициентами, которые характеризуют линейные теплопроводные включения на краях перекрытия. Такие поправочные коэффициенты принимают по специальным таблицам, подготовленным в соответствии с ИСО 14863.
Для пунктов b) и d) стационарная часть теплопередачи задается уравнением (1):
Для определения годового периодического теплового потока см. 7.3 и приложение A.
5 Термические свойства
5.1 Термические свойства грунта
Термические свойства грунта могут быть заданы следующим образом:
a) если термические свойства грунта известны, используют значения для конкретного местоположения, усредненные по глубине, равной ширине здания, и учитывающие нормальное содержание влаги;
b) если тип грунта известен или задается, принимают значения по таблице 1;
c) в противном случае используются следующие значения:
Примечание - Приложение G содержит информацию о диапазоне значений свойств грунта.
Таблица 1 - Термические свойства грунта
|
|
|
|
Кате-гория | Описание | Теплопроводность, | Объемная теплоемкость, |
|
| | |
|
| Вт/(м·K) | Дж/(м ·K) |
1 | Глина или ил | 1,5 | 3,0  10 |
2 | Песок или гравий | 2,0 | 2,0 10 |
3 | Однородная скальная порода | 3,5 | 2,0 10 |
5.2 Термические свойства строительных материалов
Для определения сопротивления теплопередаче любого строительного объекта применяются значения теплопроводности согласно нормативным документам, действующим на национальном уровне. При определении сопротивления теплопередаче материалов, используемых ниже уровня земли, рекомендуется учитывать влажностные и температурные условия эксплуатации.
Если есть ссылка на величину теплопроводности, то термическое сопротивление принимают как толщину, отнесенную к теплопроводности.
Примечание - Теплоемкость строительных материалов, используемых в конструкциях перекрытий, является небольшой по сравнению с теплоемкостью грунта и поэтому не принимается во внимание.
5.3 Сопротивление теплоотдаче на поверхностях конструкций
Значения сопротивления теплоотдаче на поверхностях конструкций должны соответствовать нормативным документам, действующим на национальном уровне.
6 Внутренняя температура помещений и климатические данные
6.1 Внутренняя температура помещений
Если помещения и части помещений непосредственно над перекрытием, соприкасающиеся с грунтом, имеют разные температуры, то в расчетах следует использовать среднее значение для этих/этого помещения. Получить среднее значение можно путем определения температуры каждого пространства на площади пространства, которое находится в контакте с грунтом.
Чтобы вычислить расходы теплоты по настоящему методу, необходимо определить:
a) среднюю годовую внутреннюю температуру;
b) если требуется включить изменения внутренней температуры в расчет, необходимо вычислить амплитуду колебания внутренней температуры для годового среднего значения. Амплитуда определяется как половина разности между значениями максимума и минимума усредненных температур для каждого месяца.
6.2 Климатические данные
Чтобы вычислить расходы теплоты по настоящему методу, необходимо определить:
a) годовую среднюю наружную температуру;
b) если требуется включить изменения наружной температуры, необходимо вычислить амплитуду колебания температуры наружного воздуха для годового среднего значения. Амплитуда определяется как половина разности между значениями максимума и минимума усредненных температур для каждого месяца;
c) среднюю скорость ветра, измеренную на высоте 10 м над поверхностью земли (для перекрытий без промежуточных опор с естественной вентиляцией).
7 Коэффициент теплопередачи и расход теплоты
7.1 Коэффициент теплопередачи
Коэффициенты теплопередачи для перекрытий (в т.ч. подвалов) относятся к теплопередаче по законам стационарного режима. Методы расчета приведены в разделе 8 для разных типов перекрытий и подвалов. В формулах используются размерная характеристика перекрытия и эквивалентная толщина изоляции перекрытия (см. раздел 8).
7.2 Теплопроводные включения на краю перекрытия
Формулы в настоящем стандарте выведены на основе изолированного перекрытия независимо от характера сопряжения узла между перекрытием и стеной. Эти формулы также подразумевают однородные термические свойства верхнего слоя почвы (кроме влияний, обусловленных исключительно изоляцией края).
Примечание - Величина удельного потока теплоты через линейный элемент зависит от системы, используемой для определения размеров здания.
Таким образом, суммарные потери теплоты здания вычисляются на основе разделяющей плоскости:
- на уровне внутренней поверхности пола для плит на грунтовом основании цокольных этажей, перекрытий без промежуточных опор и неотапливаемых подвалов или
- на уровне наружной поверхности земли для отапливаемых подвалов.
Примечание - В некоторых случаях система внешних размеров определяется границей на нижней поверхности плиты перекрытия.
Коэффициент теплопередачи элементов над разделяющей поверхностью следует оценивать в соответствии с нормативными документами, действующими на национальном уровне.
7.3 Расчет расхода теплоты
Теплопередача через грунт может быть рассчитана на основе годовых данных с использованием исключительно коэффициента стационарной теплопередачи через грунт либо на сезонной или месячной основе с использованием дополнительных периодических коэффициентов, которые учитывают тепловую инерцию грунта. Соответствующие коэффициенты приведены в приложении A настоящего стандарта.
7.4 Влияние грунтовых вод
Грунтовые воды оказывают незначительное влияние на теплопередачу, если эти воды не находятся на мелкой глубине и имеют невысокую скорость потока. Однако такие условия встречаются редко, и в большинстве случаев не следует учитывать влияние грунтовых вод.
7.5 Частные случаи
Методы настоящего стандарта применимы также к следующим ситуациям:
- определение расходов теплоты для отдельных помещений (см. приложение C);
- применение программ динамического моделирования (см. приложение D).
Примечание - Настоящий стандарт может быть также использован для расчета плиты на грунтовом основании цокольных этажей со встроенной отопительной системой (см. приложение I) и для холодных складских помещений.
8 Параметры, используемые в расчетах
8.1 Размерная характеристика перекрытия
Специальные граничные условия, например изоляция края перекрытия, формируются через задание теплового потока по периметру перекрытия.
Следовательно:
8.2 Эквивалентная толщина
Понятие "эквивалентная толщина" введено для упрощения выражения коэффициентов теплопередачи.
Сопротивление теплопередаче представляется его эквивалентной толщиной, которая соответствует толщине грунта с таким же сопротивлением теплопередаче.
В настоящем стандарте:
Коэффициенты стационарной теплопередачи через грунт связаны с отношением эквивалентной толщины к размерной характеристике перекрытия. Коэффициенты нестационарной теплопередачи связаны с отношением эквивалентной толщины к изменяющейся глубине теплообмена.
9 Расчет коэффициентов теплопередачи
9.1 Плита цокольного этажа на грунтовом основании
Плиты цокольных этажей на грунтовом основании включают в себя любое перекрытие, состоящее из бетонной плиты, лежащей на земле всей ее площадью, независимо от того, поддерживается ли эта плита землей по всей площади или не поддерживается, расположена ли она на уровне или вблизи уровня внешней поверхности земли (см. рисунок 1). Эта плита перекрытия может быть:
- неизолированной;
- однородно изолированной (сверху, снизу или внутри плиты) по всей ее площади.
Если перекрытие имеет горизонтальную и/или вертикальную изоляцию края, то коэффициент теплопередачи может быть скорректирован с помощью методики, изложенной в приложении B.
1 - монолитная бетонная плита перекрытия; 2 - земля (грунтовое основание); w - толщина наружных стен
Рисунок 1 - Схематическое изображение плиты цокольного этажа на грунтовом основании
Другие члены уравнения (3) определяются согласно пункту 3.2 настоящего стандарта.
Сопротивление теплопередаче плотных бетонных плит и тонких напольных покрытий по данному методу допускается не брать в расчет. Также принимается, что забутовка ниже плиты перекрытия имеет такую же теплопроводность, как земля, и ее термическое сопротивление не следует включать в расчет.
При вычислении коэффициента теплопередачи используется уравнение (4) или (5) в зависимости от теплоизоляции перекрытия.
Примечание - Для обильно изолированных перекрытий уравнение (5) можно записать в виде:
Коэффициент теплопередачи должен округляться до сотых, если представлен в качестве окончательного результата. Промежуточные вычисления следует принимать с округлением до тысячных долей.
Значение коэффициента теплопередачи может быть очень мало для крупных перекрытий, так что потребуется большее число десятичных разрядов.
Коэффициент стационарной теплопередачи через грунт между внутренней и наружной окружающей средой получают с использованием уравнения (1).
9.2 Перекрытие без промежуточных опор
Перекрытием без промежуточных опор является любое перекрытие, удерживаемое над грунтовым основанием здания, например деревянное или из балок с заполнением межблочного пространства (см. рисунок 2). В настоящем пункте рассматривается типовой проект перекрытия без промежуточных опор, в котором пространство под перекрытием естественно вентилируется наружным воздухом. При наличии механической вентиляции пространства под перекрытием или при заданной интенсивности вентиляции пользуются приложением E.
Коэффициент теплопередачи задается уравнением (6):
Для получения доступа к полной версии без ограничений вы можете выбрать подходящий тариф или активировать демо-доступ.