Рекомендации по проектированию железобетонных крыш с теплым чердаком для жилых зданий различной этажности
(утв. Протоколом Научно-технического совета от 25.10.1979 № 34)
от 25 октября 1979 г. № 34
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КРЫШ С ТЕПЛЫМ ЧЕРДАКОМ ДЛЯ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ РАЗЛИЧНОЙ ЭТАЖНОСТИ
Утверждены председателем Научно-технического совета, директором института Б.Р. Рубаненко (Протокол № 34 от 25.10.1979).
Настоящие Рекомендации (издание второе, дополненное и уточненное) подготовлены канд. техн. наук А.Н. Мазаловым (лаборатория крыш и кровель ЦНИИЭП жилища) при участии канд. техн. наук М.Я. Поза, инж. И.И. Староверовой (МНИИТЭП) и канд. техн. наук В.М. Иванова (АКХ им. К.Д. Памфилова).
В Рекомендациях дается описание общего решения «теплого чердака» и системы вентиляции, а также конструкций основных элементов, в том числе конструкции покрытия с рулонной и безрулонной кровлей. Излагается теплотехнический расчет крыши с теплым чердаком, указываются области ее целесообразного применения; приводятся технико-экономические показатели.
Введение
Принципиально новое решение железобетонной крыши — так называемый «теплый чердак» <*> — впервые применено для жилых домов, строящихся по проектам МНИИТЭП. Чердачное пространство крыши используется в этом случае как сборная вентиляционная камера статического давления, в которую открываются все вентиляционные каналы жилых помещений и воздух из которой удаляется через общую вытяжную шахту. Преимуществами крыши с теплым чердаком являются: улучшение вентиляции верхних этажей; повышение надежности кровли; простота конструкции; снижение теплопотерь; возможность осмотра и ремонта.
<*> Авт. свид. № 460365 — «Бюллетень изобретений», 1975, № 6.
Крыши с теплым чердаком прошли эксплуатационную проверку на жилых домах в девять и более этажей во II и III климатических районах (Москва, Ленинград, Архангельск, Рязань, Киев, Тольятти, Краснодар и т.д.), а также на пятиэтажных домах в IВ климатическом подрайоне (Верхняя Салда). Применение «теплого чердака» в других условиях эксплуатации требует дополнительной проверки.
Для совершенствования конструкции и расширения областей ее применения необходимы дальнейшие теплофизические исследования эксплуатационного состояния крыши и разработка усовершенствованных конструкций покрытий и вытяжной шахты.
1. Общие положения
1.1. Настоящие Рекомендации распространяются на проектирование железобетонных крыш с теплым чердаком для жилых домов этажностью от пяти до 16 включительно (с рулонной или безрулонной кровлей), строящихся в IВ, II, III и IV климатических районах.
Крыши для домов в I и IV климатических районах проектируются для экспериментального строительства.
1.2. В работе содержатся рекомендации по устройству теплого чердака и проектированию его ограждающих конструкций. Проектирование других конструкций и инженерного оборудования, в том числе кровли и вентиляции, должно выполняться в соответствии с действующими строительными нормами. При расчете системы вентиляции следует пользоваться рекомендациями МНИИТЭП.
1.3. Чердачное пространство крыши с теплым чердаком используется в качестве сборной вентиляционной камеры, обогреваемой вентиляционным воздухом, поэтому к ее ограждающим конструкциям необходимо предъявлять требования теплозащиты и герметизации.
Помещение теплого чердака следует использовать для размещения и технического обслуживания элементов инженерного оборудования здания, а также для проведения ремонта крыши.
1.4. Ограждающие и несущие конструкции крыши с теплым чердаком должны соответствовать основным конструкциям здания по применяемым материалам, конструктивной схеме, технологии изготовления и монтажа.
Внутренние поверхности стен и покрытия чердака, согласно санитарным требованиям, окрашиваются белыми минеральными красителями.
2. Устройство теплого чердака
2.1. Крыша с теплым чердаком состоит из покрытия, наружных стен и чердачного перекрытия (рис. 1). Покрытие выполняется, как правило, с утеплением, перекрытие — без него.
Рис. 1. Схема крыши с теплым чердаком:
1 — керамзитобетонная панель покрытия; 2 — то же, лотка;
3 — опорная панель; 4 — панель чердачного перекрытия;
5 — оголовок вентиляционного блока; 6 — вытяжная
вентиляционная шахта; 7 — машинное помещение лифта;
8 — водосточный стояк
2.2. Для улучшения воздухообмена чердачное пространство выполняется в виде единого объема в пределах планировочной секции дома. Поэтому применение сплошных конструкций, разделяющих помещение (длинные опорные панели, высокие прогоны или ребра и т.п.), не допускается. Смежные секции теплого чердака разделяются сплошными несгораемыми стенками, в которых устраивается герметичная дверь размером 1,5 x 0,8 м или люк размером 0,8 x 0,8 м.
2.3. Высота сквозного прохода вдоль теплого чердака должна быть не менее 1,6 м, отдельных участков (под лотком, прогоном и т.д.) — не менее 1,2 м. При необходимости допускается увеличивать высоту чердачного помещения в отдельных местах до 2,2 м.
2.4. Вход на чердак и выход на крышу следует устраивать из лестничной клетки через несгораемую дверь 1,5 x 0,8 м, устанавливаемую с герметизирующими прокладками. Вход на чердак должен быть предусмотрен в каждой секции дома, а выход на крышу согласно [6] - в торцевых секциях. Выход на крышу через люк непосредственно из помещения теплого чердака не допускается.
Возможно устройство выхода на крышу через вытяжную шахту с помощью металлической стремянки и герметичной двери. В этом случае выход делается из каждой секции.
Все двери и люки в чердаке при работе вентиляции должны быть закрыты, для чего на них следует предусматривать специальные запирающие устройства.
2.5. Вытяжные части канализационных стояков объединяются в пределах каждой секции чердака и выводятся через вытяжную шахту. Труба вентиляционного стояка устанавливается в углу шахты и выводится над стенкой на 0,1 м.
Водоприемная воронка внутреннего водостока размещается в средней части лотка или ендовы и подсоединяется к водосточному стояку отводящими патрубками. Трубы внутреннего водостока в пределах теплого чердака не утепляются и окрашиваются антикоррозийными составами.
Трубопроводы инженерного оборудования прокладываются вблизи стен или выступающих конструкций теплого чердака с учетом удобного доступа к ним, на расстоянии не более 0,4 м от поверхности покрытия или пола.
2.6. Размещать внутри теплого чердака консоли и механизмы для подвески ремонтных люлек не допускается. Их рекомендуется устанавливать на покрытии чердака, которое рассчитывается на дополнительную нагрузку.
3. Устройство системы вентиляции
3.1. В зданиях с теплым чердаком следует применять только унифицированные вентиляционные блоки со сборными магистральными каналами на высоту здания и перепускными каналами на высоту этажа.
Размеры вентиляционных блоков должны быть такими, чтобы максимальный расход воздуха на одном этаже превышал минимальный расход на другом не более чем в 1,3 раза.
В этих случаях вытяжные вентиляторы для кухонь верхних этажей не устанавливаются.
Для выпуска вытяжного воздуха в теплый чердак на вентиляционных блоках верхнего этажа устанавливаются специальные оголовки, выполняющие роль диффузора воздушного потока. В оголовках рекомендуется оставлять отдельные каналы из верхнего этажа для улучшения его вентиляции.
3.2. По санитарным требованиям в объем теплого чердака не выводятся вытяжные трубы канализации и мусоропровода, каналы из помещений с выделениями вредных веществ, каналы из технического подполья при наличии газопровода, каналы из помещений, оборудованных вытяжной вентиляцией с механическим побуждением. В этих случаях вентиляцию следует устраивать через обособленные каналы, с выпуском воздуха в атмосферу.
Вытяжная вентиляция встроенных помещений первого этажа осуществляется через вентиляционные блоки жилой части здания, а технического подполья без газопровода — через самостоятельные каналы.
3.3. Выпуск воздуха из теплого чердака в атмосферу производится через вытяжную шахту, общую для всех квартир одной секции дома. Устройство общей вытяжной шахты для квартир разных секций дома не допускается. Вытяжная шахта устанавливается в средней части каждой секции чердака, на приблизительно равных расстояниях от вентиляционных блоков.
Площадь отверстия вытяжной шахты должна быть рассчитана из условия обеспечения скорости воздушного потока 0,5 — 1 м/с при расходе воздуха, увеличенном на 30% по сравнению с нормативным объемом воздуха, удаляемого из жилых помещений (см. ниже п. 5.6). При этом общее аэродинамическое сопротивление участка, включающего вытяжную шахту и чердачное помещение до дальнего вентиляционного блока, не должно превышать 0,1 мм вод. ст. При расчете шахты необходимо учитывать также дополнительный объем воздуха, поступающего на теплый чердак из самостоятельных вентиляционных каналов, встроенных помещений и технического подполья.
В вытяжной шахте могут размещаться обособленные каналы вентиляции, не выходящие в теплый чердак (см. п. 3.2). Эти каналы заканчиваются на уровне обреза стенок шахты, но их площади не входят в расчетную площадь отверстия.
При прямоугольном сечении шахты в плане отношение внешних сторон отдельностоящей шахты принимается в пределах 0,7 — 1,5 и пристроенной шахты — 0,5 — 2.
Высота вытяжной шахты определяется расчетом системы вентиляции и принимается равной не менее 4,5 м, считая от чердачного перекрытия до верха шахты. Высоту шахты с зонтом (см. ниже п. 4.5) рекомендуется считать до середины просвета между стенкой и зонтом.
4. Конструкции основных элементов теплого чердака
4.1. Конструкция наружных стен чердака аналогична конструкции наружных стен здания по применяемым материалам, толщине слоев, разрезке панелей и решению стыков. Рекомендуется использовать наружные стены для опирания покрытия.
Наружные стены чердака делаются без сквозных отверстий. В верхней половине стены допускается устройство небольших световых проемов, заполненных стеклоблоками. Применять переплеты с оконным стеклом не разрешается.
4.2. Чердачное перекрытие состоит из типовых панелей междуэтажного перекрытия, швы и отверстия в которых должны быть надежно заделаны раствором. Верхняя поверхность панелей перекрытия служит полом теплого чердака. При неровной поверхности перекрытия допускается затирка или стяжка из цементно-песчаного раствора.
4.3. Оголовки вентиляционных блоков имеют вид прямоугольного короба и изготовляются, как правило, из бетона (рис. 2). Отверстие в нижней части оголовка делается по размерам вентиляционного блока, в верхней части шире на 0,15 м (в одну сторону). Высоту оголовка рекомендуется принимать 0,6 м от перекрытия, чтобы выброс воздуха происходил в среднюю зону чердака.
Рис. 2. Оголовок вентиляционного блока:
а — поперечное сечение; б — вид сверху;
1 — бетонный оголовок; 2 — вентиляционный блок;
3 — панель чердачного перекрытия;
4 — сборные каналы из кухонь и санузлов;
5 — вентиляционные каналы верхнего этажа
4.4. Вытяжную шахту рекомендуется пристраивать к стене машинного помещения лифта, при этом шахта должна быть на 0,5 м выше покрытия этого помещения. При установке отдельностоящей шахты необходимо обеспечить ее устойчивость при ветре. Вытяжная шахта опирается на несущие конструкции покрытия или опорные элементы чердака. Не разрешается опускать шахту ниже покрытия.
Вытяжная шахта выполняется в виде сборного короба (из одного или нескольких монтажных элементов) прямоугольной или круглой формы. Стенки шахты делаются из плотного бетона минимальной толщиной 60 мм или с металлическим каркасом, обшитым листами асбестоцемента. Каркасная стенка должна иметь двойную обшивку и теплоизоляционный материал внутри.
Для предотвращения выпадения конденсата на внутренней поверхности стенки шахты с защитным зонтом (см. ниже п. 4.5) должны иметь теплозащиту не ниже 0,6 расчетного сопротивления теплопередаче покрытия.
4.5. Защита от попадания атмосферных осадков через вытяжную шахту может осуществляться устройством защитного зонта либо водосборного поддона.
Защитный зонт из железобетонной плиты или асбестоцементного листа устанавливается на металлических стойках над шахтой на расстоянии, равном 0,7 ширины отверстия, с напуском в каждую сторону за край шахты на 0,4 ширины отверстия (рис. 3, а). При необходимости может быть предусмотрена дополнительная защита шахты жалюзийными решетками или ветроотбойными щитами.
Рис. 3. Схемы устройства вытяжной вентиляционной шахты:
а — с защитным зонтом; б — с водосборным поддоном;
c — ширина отверстия шахты; l — то же, длина;
1 — вытяжная вентиляционная шахта;
2 — вытяжка из канализационных стояков;
3 — панель покрытия; 4 — панель чердачного перекрытия;
5 — защитный зонт; 6 — водосборный поддон;
7 — металлический фартук
Другой способ защиты от осадков состоит в устройстве внутри чердака под отверстием вытяжной шахты водосборного поддона (см. рис. 3, б). Поддон, выполненный из металлических, сваренных между собой листов и окрашенный антикоррозийными составами, устанавливается на перекрытии по слою гидроизоляции. Глубина поддона принимается равной 0,15 — 0,3 м (в зависимости от интенсивности ливней в данном районе), размер в плане соответствует размеру отверстия шахты, увеличенному на 0,15 м в каждую сторону.
В районах с особо неблагоприятными климатическими условиями допускается установка водосборного поддона в сочетании с защитным зонтом.
4.6. Конструктивное решение покрытия теплого чердака аналогично конструкции бесчердачной крыши здания. Покрытие состоит из панелей высокой заводской готовности, совмещающих несущие, теплозащитные и гидроизолирующие функции и выполненных в виде единого конструктивного и монтажного элемента.
Панели покрытия делают невентилируемыми, а их нормальное влажностное состояние обеспечивается расположением защитных слоев и ограничением начальной влажности утеплителя (см. ниже пункты 5.7 и 6.6).
В покрытии допускаются перепады по высоте и уступы нижней поверхности, не превышающие 0,4 м.
Запрещается применять покрытия построечного изготовления (с засыпными и монолитными слоями), характеризующиеся большой трудоемкостью и низкими эксплуатационными свойствами.
4.7. В зависимости от способа гидроизоляции покрытие может быть с кровельным слоем или без него.
Кровельный слой на панелях из обычного бетона представляет собой:
- рулонную кровлю — из последовательно наклеиваемых на строительстве слоев рулонного кровельного материала (рубероид);
- мастичную кровлю — из слоя гидроизоляционной мастики, наносимой в заводских или построечных условиях, с теми же защитными свойствами, что и кровля из стандартного рубероида.
В покрытии без кровельного слоя с панелями из специального бетона гидроизоляция имеет вид:
- безрулонной кровли из окрасочных гидроизоляционных составов, наносимых в заводских условиях и выполняющих защитные функции вместе с водонепроницаемым бетоном панели;
- бетонной кровли из атмосферостойкого бетона с особыми свойствами, выполняющего гидроизолирующие функции без дополнительной защиты.
4.8. Панели покрытия с рулонной кровлей изготовляются с плоской верхней поверхностью и имеют постоянную толщину. Верхнюю поверхность панели защищают временной гидроизоляцией из битумной мастики или одного слоя кровельного материала.
Панели с рулонной кровлей рекомендуется выполнять однослойными, из легкого или ячеистого бетона, либо многослойными — из тяжелого бетона и эффективного утеплителя (рис. 4).
Рис. 4. Конструктивное решение покрытия с рулонной кровлей:
а — из однослойных панелей; б — из многослойных панелей;
1 — панель из легкого или ячеистого бетона;
2 — кровельный ковер из рубероида; 3 — бетонная шпонка;
4 — защитный бетонный слой; 5 — слой жесткого
эффективного утеплителя; 6 — пароизоляционный слой;
7 — несущая ребристая плита; 8 — теплоизоляционный вкладыш
4.9. Однослойные панели, представляющие собой плоские или ребристые плиты сплошного сечения, изготовляются из различных видов легкого бетона объемной массой 1000 — 1400 кг/м3, прочностью на сжатие М50 — М150, начальной влажностью не более 12% (по массе), а также из автоклавных ячеистых бетонов объемной массой 600 — 800 кг/м3, прочностью на сжатие М35 — М75 и начальной влажностью не более 20%.
4.10. Многослойные панели состоят из наружных бетонных слоев и внутреннего слоя эффективного утеплителя. Наружные слои из армированного бетона прочностью на сжатие не менее М100 отливаются при изготовлении панели или образуются сборными тонкостенными плитами. В качестве несущей конструкции целесообразно использовать сборные панели покрытия типа ПКЖ. Утеплителем должны служить жесткие плиты из теплоизоляционного материала объемной массой 50 — 400 кг/м3. При толщине нижнего бетонного слоя менее 40 мм под утеплителем прокладывается слой пароизоляции из рубероида или пластика.
4.11. Уклон рулонной кровли, принимаемый не менее 2%, выполняется укладкой панелей покрытия на разные отметки опорных конструкций; относительный прогиб панелей при этом не должен превышать 1/200 пролета. С целью унификации различных конструкций крыш уклон рулонной кровли допускается увеличивать до 5%.
В водосборном лотке продольный уклон рулонной кровли назначается не менее 1%, в ендове допускается нулевой уклон (при выравнивании по уровню основания под кровлю).
Рулонная кровля выполняется, как правило, с точечной или полосовой приклейкой к основанию («дышащая» кровля) и обязательной полосой непроклейки 250 мм над стыками панелей.
4.12. Панели покрытия с безрулонной кровлей для теплого чердака рекомендуется разрабатывать на основе применяемых конструкций кровельных панелей [9, 10]. Панели с безрулонной кровлей (рис. 5) изготовляются из тяжелого бетона прочностью на сжатие М400, морозостойкостью Мрз200, водонепроницаемостью В6. В бетоне наружной поверхностью панелей по эксплуатационным условиям появление трещин недопустимо.
Рис. 5. Конструктивное решение покрытия
с безрулонной кровлей:
а — из трехслойных панелей; б — из двуслойных панелей;
1 — кровельная панель из водонепроницаемого бетона;
2 — бетонный нащельник; 3 — жесткий эффективный утеплитель;
4 — защитный слой бетона; 5 — теплоизоляционный вкладыш;
6 — герметизирующие материалы; 7 — утеплитель из легкого
или ячеистого бетона; 8 — бетонная шпонка
Теплоизоляция безрулонных панелей определяется требуемой величиной теплозащиты и технологическими возможностями производства. Утепленные панели изготовляют, как правило, путем укладки теплоизоляционного материала при формовании панели.
Для панелей с повышенным термическим сопротивлением следует применять эффективные теплоизоляционные материалы (см. выше п. 4.10), которые нужно закрывать защитным слоем тяжелого бетона толщиной не менее 40 мм. Такие трехслойные панели допускается выполнять со сквозными бетонными ребрами, а также с утеплителем из керамзитобетона (объемной массой 800 кг/м3) или ячеистого бетона (объемной массой 500 кг/м3).
Для панелей с малым термическим сопротивлением утеплителем может служить керамзитобетон (объемной массой 900 — 1100 кг/м3) или ячеистый бетон (объемной массой 500 — 700 кг/м3), слой которого связывается с панелью арматурными выпусками. В такой двуслойной панели бетон утеплителя может выполнять также несущие функции, что позволяет отказаться от предварительного напряжения арматуры. При этом бетон несущего утеплителя должен отвечать требованиям п. 4.9.
При разработке конструкции панели с утеплителем рекомендуется производить расчет влажностного режима (см. ниже п. 5.7).
4.13. Стыки панелей с безрулонной кровлей должны быть подняты над верхней поверхностью, для чего по краям панели делаются бортовые ребра высотой не менее 80 мм.
Стыки должны обладать теплозащитными свойствами и воздухонепроницаемостью и обеспечивать свободу температурных деформаций. Для этого в средней части стыка устанавливается мягкий теплоизоляционный вкладыш; снаружи стык защищается надежными герметизирующими материалами (мастики, жгуты, ленты) и бетоном, а сверху закрывается, как правило, железобетонным нащельником. Возможно применение и других надежных способов заделки стыка.
Панели покрытия с безрулонной кровлей при внутреннем водостоке укладываются на опорные элементы разной высоты для образования уклона не менее 5%; при этом нижней опорой служит несущий борт водосточного лотка. Днище лотка делается с продольным уклоном 3% к водоприемной воронке.
4.14. Новыми видами покрытия без кровельного слоя могут стать экспериментальные конструкции из легкого бетона особого состава, обладающего повышенными прочностными, теплозащитными и гидроизоляционными свойствами: например, однослойные панели из керамзитобетона на напрягающем цементе или трехслойные панели из водонепроницаемого и теплоизоляционного керамзитобетона.
Перспективным следует считать покрытие с бетонной кровлей, в котором защиту от атмосферных воздействий выполняет бетон без дополнительной гидроизоляции мастиками или окрасками. Атмосферостойкий бетон таких панелей может изготовляться со специальными полимерными добавками, путем особых технологических приемов и т.д.
5. Теплотехнический расчет теплого чердака
5.1. Теплотехническая схема теплого чердака является подвижной взаимосвязанной системой, расчет которой выполняется для определения минимальной теплозащиты покрытия либо минимальных теплопотерь здания.
С целью повышения надежности рекомендуется применять вероятностные методы расчета в виде принципа заданной обеспеченности, учитывающей изменчивость климатических факторов и теплозащитных характеристик конструкции.
5.2. В основу теплотехнического расчета положены условия ограничения теплопотерь чердачного перекрытия, обеспечения теплового баланса неотапливаемого помещения и недопустимости выпадения конденсата на внутренней поверхности наружных ограждений.
В качестве источников тепла следует принимать нагретый воздух вытяжной вентиляции дома и тепло, поступающее через чердачное перекрытие. Могут также учитываться тепловыделения трубопроводов отопления и горячего водоснабжения. Теплопотери чердака учитываются через покрытие и наружные стены.
5.3 Теплотехнический расчет рекомендуется выполнять в следующей последовательности:
- по условию ограничения теплопотерь чердачного перекрытия находится минимально допустимая температура воздуха на чердаке:
- по условию обеспечения теплового баланса помещения определяется сопротивление теплопередаче покрытия:
R_{\text{о}}^{\text{пок}} = \frac{(t_{\text{чер}} - t_{\text{н}}) \cdot R_{\text{о}}^{\text{пер}} \cdot R_{\text{о}}^{\text{ст}}}{G_{\text{в}} \cdot c_{\text{о}}(t_{\text{вен}} - t_{\text{чер}}) \cdot R_{\text{о}}^{\text{пер}} \cdot R_{\text{о}}^{\text{ст}} + (t_{\text{в}} - t_{\text{чер}}) \cdot R_{\text{о}}^{\text{ст}} - F_{\text{ст}} \cdot (t_{\text{чер}} - t_{\text{н}}) \cdot R_{\text{о}}^{\text{пер}}} . (2)
Получив значения названных показателей, вычисляют температуру внутренней поверхности покрытия:
\tau_{\text{пок}} = t_{\text{чер}} - \frac{t_{\text{чер}} - t_{\text{н}}}{\alpha_{\text{в}} \cdot R_{\text{о}}^{\text{пок}}} , (3)
которая должна быть не ниже значения, определенного по указанию п. 5.6.
При пониженной температуре внутренней поверхности сопротивление теплопередаче покрытия следует рассчитывать по условию невыпадения конденсата:
. (4)Во всех случаях действительная температура воздуха на чердаке находится по общей формуле
. (5)5.4. Теплотехнический расчет можно выполнять в обратной последовательности. Во всех случаях за расчетную принимается наибольшая величина сопротивления теплопередаче покрытия из полученных по формулам (2) и (4).
Для заданной конструкции покрытия выполняется проверочный расчет температуры наружного воздуха, при которой в теплом чердаке соблюдается условие ограничения теплопотерь:
. (6)При этом температура воздуха на чердаке принимается по формуле (1), а условие невыпадения конденсата проверяется по формуле (3). В случае несоблюдения последнего допустимая температура наружного воздуха определяется по выражению
t_{\text{н}} = t_{\text{чер}} - \alpha_{\text{в}} \cdot R_{\text{о}}^{\text{пок}}(t_{\text{чер}} - \tau_{\text{пок}}) , (7)
для которого температура внутренней поверхности покрытия находится по графику рис. 6 при температуре наружного воздуха, вычисленной по формуле (6).
\tau_{\text{пок}} — основного покрытия; \tau_{\text{хол}} — холодного участка
5.5 В расчетных формулах пп. 5.3 - 5.4 приняты следующие обозначения:
R_{\text{о}}^{\text{пок}},R_{\text{о}}^{\text{ст}},R_{\text{о}}^{\text{пер}} — сопротивление теплопередаче соответственно покрытия, наружной стены и перекрытия, м2 x ч x °C/ккал;
q^{\text{пер}} — тепловой поток, проходящий через чердачное перекрытие, ккал/м2 x ч;
\alpha_{\text{в}} — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности, ккал/м2 x ч x °C.
t_{\text{н}},t_{\text{в}} — температура наружного и внутреннего воздуха, °C;
t_{\text{вен}} — температура воздуха, поступающего на теплый чердак из вентиляционных каналов, °C;
t_{\text{чер}} — температура воздуха в объеме теплого чердака, °C;
\tau_{\text{пок}} — температура внутренней поверхности покрытия, °C;
G_{\text{в}} — приведенный расход воздуха в системе вентиляции, м3/м2 x ч;
c_{\text{о}} — объемная теплоемкость воздуха в системе вентиляции;
c \cdot \gamma = 0,29 ккал/м3;
F_{\text{ст}} — приведенная площадь наружных стен чердака, м2/м2.
5.6. Значения расчетных теплотехнических показателей принимаются по указаниям [1 - 4] и настоящих Рекомендаций.
Сопротивление теплопередаче наружной стены для принятой конструкции находится по проектным данным, в других случаях определяется расчетом по [2] при наружной температуре холодной пятидневки. При этом следует предусматривать равную теплозащиту наружных стен чердака и жилых помещений.
Сопротивление теплопередаче чердачного перекрытия рассчитывается по проектным данным конструкции, принятой в жилом доме, или по рекомендациям п. 5.8.
Тепловой поток, проходящий через чердачное перекрытие при расчетной наружной температуре, согласно [1] не должен превышать 30 ккал/м2 x ч, а его расчетное значение следует принимать с учетом условий п. 5.9.
При расчете сопротивления теплопередаче покрытия по условию невыпадения конденсата допускается принимать коэффициенты теплоотдачи внутренней поверхности, определенные экспериментальным путем, для чего в таблице приводятся рекомендуемые значения:
| Характеристика внутренней поверхности покрытия | Этажность дома | Примечание | |||
| 5 | 9 | 12 | 16 | ||
| Плоское Ребристое С перегородками | 7,5 7 6 | 8,5 7,5 6,5 | 9 8 7 | 10 9 8 | С лотком Ребра до 40 см Проемность 70% |
В качестве расчетной температуры наружного воздуха принимается средняя температура наиболее холодной пятидневки по [3]. Температуру воздуха, поступающего из вентиляционных каналов, допускается повышать на 1 °C относительно расчетной температуры воздуха жилых комнат по [1].
Температура внутренней поверхности покрытия определяется из условия невыпадения конденсата при расчетной наружной температуре и в зависимости от влагосодержания воздуха на чердаке (см. ниже п. 5.7). Допустимое значение температуры поверхности покрытия рекомендуется принимать по графику на рис. 6.
Расход воздуха в вентиляционной системе определяется по нормам вытяжки из жилых помещений, указанным в [1], и учитывается в расчете значением, приведенным к 1 м2 покрытия. Подсчет приведенного расхода ведется по проектным размерам чердака, а для предварительных и общих расчетов рекомендуется принимать следующие значения (с обеспеченностью 0,8):
| Этажность здания | 5 | 9 | 12 | 16 |
|---|---|---|---|---|
| Приведенный расход воздуха, м3/м2 x ч | 10 | 16 | 21 | 27 |
Площадь наружных стен теплого чердака определяется по проектным данным и приводится к 1 м2 покрытия. Для предварительных и общих расчетов можно принимать значение приведенной площади, равное 0,4, что соответствует торцевой секции при высоте стен 1,75 м.
5.7. Теплотехнический расчет теплого чердака следует по возможности дополнять расчетом влажностного состояния покрытия, для чего рекомендуется применять способ расчета нестационарного влажностного режима, разработанный в ЦНИИЭП жилища на основе метода последовательного увлажнения и запрограммированный для ЭВМ [15]. Из условия сохранения защитных свойств ограждения влажностный годовой баланс конструкции должен быть отрицательным, а влажность наружного слоя не доходить до влагонасыщения.
Условием нормального влажностного состояния панелей является ограничение начальной влажности утеплителя на уровне нормативных значений. В расчетах влажностный режим помещения теплого чердака согласно [2] принимается сухим.
Влагосодержание воздуха на чердаке определяется как сумма влагосодержания наружного воздуха при расчетной температуре и приращения влагосодержания в жилых помещениях (за счет бытовых влаговыделений). Среднесуточное приращение влагосодержания определяется по фактическим эксплуатационным данным и для предварительных расчетов принимается в размере 3,3 г/кг (с обеспеченностью 0,9) — для газифицированных домов с горячим водоснабжением.
5.8. Теплотехническая эффективность крыши с теплым чердаком характеризуется уменьшением величины общей теплозащиты, включающей сопротивление теплопередаче покрытия и перекрытия, относительно требуемого в [2] для тех же условий сопротивления теплопередаче бесчердачной крыши:
R_{\text{о}} = R_{\text{о}}^{\text{пок}} + R_{\text{о}}^{\text{пер}} \leq R_{\text{о}}^{\text{тр}} = \frac{t_{\text{в}} - t_{\text{н}}}{\alpha_{\text{в}} \cdot \Delta t^{\text{н}}} . (8)
При этом коэффициент теплоотдачи \alpha_{\text{в}} и нормируемый температурный перепад \Delta t^{\text{н}} принимаются из [2], а температура наружного воздуха и сопротивление теплопередаче перекрытия — согласно п. 5.6.
Если конструкция чердачного перекрытия не определена проектом или допускает устройство дополнительного утепления, целесообразно рассчитывать оптимальное сопротивление теплопередаче перекрытия, при котором общая теплозащита крыши минимальна. Это достигается при равенстве значений R_{\text{о}}^{\text{пок}} , определенных по условиям ограничения теплопотерь и невыпадения конденсата. Соответствующие последовательности этих значений рассчитываются по формулам (2) и (4) при переменных нарастающих значениях R_{\text{о}}^{\text{пер}} .
Оптимальная величина сопротивления теплопередаче перекрытия R_{\text{о}}^{\text{пер}} уменьшается с ростом этажности здания и для предварительных расчетов может приниматься следующей:
| Этажность здания | 5 | 9 | 12 | 16 |
|---|---|---|---|---|
| пер R , м2 x ч x °C/ккал о | 0,44 | 0,37 | 0,33 | 0,29 |
Этим значениям соответствуют перекрытия из многопустотного настила ( R_{\text{о}}^{\text{пер}} = 0,45 м2 х ч х °С/ккал), из сплошной железобетонной плиты толщиной 160 мм ( R_{\text{о}}^{\text{пер}} = 0,32 м2 х ч х °С/ккал) и толщиной 100 мм ( R_{\text{о}}^{\text{пер}} = 0,29 м2 х ч х °С/ккал).
5.9. Тепловая эффективность крыши с теплым чердаком характеризуется уменьшением теплопотерь чердачного перекрытия относительно нормируемой [1] величины 30 ккал/м2 x ч.
При необходимости снижения общих теплопотерь здания до контрольных показателей [16] теплотехнический расчет крыши ведется при минимуме теплопотерь, для чего определяется уменьшенная величина теплового потока через перекрытие:
q^{\text{пер}} = 30 - \frac{\Delta q_{F}}{K} , (9)
где \Delta q_{F} — задаваемая величина снижения удельного расхода тепла относительно контрольного показателя, ккал/ч x м2 общей площади;
K — коэффициент приведения площади чердачного перекрытия к общей площади жилого дома, принимаемый по примеч. к табл. 2 (см. п. 6.7).
Полученное значение теплового потока вводится в формулу (1) основного расчета; при этом расчетная температура воздуха в чердаке должна быть ниже температуры внутреннего воздуха не менее чем на 2 °C. Связанное с этим повышение сопротивления теплопередаче покрытия следует в соответствии с [2] проверять экономическим расчетом по приведенным затратам.
5.10. Для наружных ограждений теплого чердака, неоднородных в теплотехническом отношении, следует рассчитывать температурные поля мест повышенной теплопроводности (ребра, стыки, карнизные углы и т.д.). В этом случае за температуру внутренней поверхности допускается принимать температуру холодного участка \tau_{\text{хол}} по графику на рис. 6, значение которой определено из условия ограничения конденсата величиной 1 кг/м2 за расчетную пятидневку.
Температуру холодного участка допускается также использовать в случае расчета покрытия с неутепленным участком (лоток и т.п.), теплотехнический расчет которого ведется в следующем порядке:
- по формулам (1) и (2) находится сопротивление теплопередаче покрытия, которое в этом случае является условной средней величиной, обеспечивающей тепловой баланс;
- определяется минимальное сопротивление теплопередаче холодного участка покрытия по условию ограничения конденсата:
R_{\text{о}}^{\text{хол}} = \frac{t_{\text{чер}} - t_{\text{н}}}{\alpha_{\text{в}}(t_{\text{чер}} - \tau_{\text{хол}})} ; (10)
R_{\text{о}}^{\text{теп}} = \frac{F_{\text{теп}} \cdot R_{\text{о}}^{\text{пок}} \cdot R_{\text{о}}^{\text{хол}}}{R_{\text{о}}^{\text{хол}} - F_{\text{хол}} \cdot R_{\text{о}}^{\text{пок}}} , (11)
где F_{\text{теп}},F_{\text{хол}} — приведенные к 1 м2 покрытия площади соответственно утепленной части и холодного участка.
5.11. При расчете холодного участка покрытия допускается учитывать теплоизолирующие свойства снежного покрова с толщиной слоя, принимаемой по наименьшему из возможных значений по условию ветрового сноса и по условию подтаивания.
Толщину слоя по сносу определяют в соответствии со специальной методикой [17]; для предварительных расчетов допускается принимать приведенные в таблице значения (с обеспеченностью 0,9):
| Температура холодной пятидневки, °C | -20 | -30 | -40 | -50 |
|---|---|---|---|---|
| Толщина слоя снега, см | 4 | 8 | 10 | 12 |
Толщина слоя по таянию определяется по выражению
h_{\text{с}} = \lambda_{\text{с}}(\frac{- t_{\text{н}}}{t_{\text{чер}} - t_{\text{н}}} \cdot R_{\text{о}}^{\text{хол}} - \frac{1}{\alpha_{\text{н}}}) , (12)
где \lambda_{\text{с}} — коэффициент теплопроводности снега на покрытии;
\lambda_{\text{с}} = 0,205 ккал/м x ч х °С;
t_{\text{н}} — среднемесячная температура наружного воздуха в январе, принимаемая из [3], °C;
t_{\text{чер}} — температура воздуха на чердаке, рассчитанная для января по формуле (5);
\alpha_{\text{н}} — коэффициент теплоотдачи наружной поверхности покрытия, принимаемый по [2], \alpha_{\text{н}} = 20 ккал/м2 х ч х °С).
С учетом наименьшей толщины снежного покрова находится действительное сопротивление теплопередаче холодного участка
R_{\text{ос}}^{\text{хол}} = R_{\text{о}}^{\text{хол}} + \frac{h_{\text{с}}}{\lambda_{\text{с}}} , (13)
по которому уточняется сопротивление теплопередаче основной панели покрытия в формуле (11) и проверяется температура внутренней поверхности холодного участка по формуле (3) и рис. 6.
При снежном покрове исключается выпадение конденсата на поверхности холодного участка покрытия.
6. Области применения теплого чердака
6.1. Крыши с теплым чердаком рекомендуются для жилых домов в девять и более этажей, где их применение дает эксплуатационный и экономический эффект. В пятиэтажных домах применять теплые чердаки допускается при соответствующем технико-экономическом обосновании и после эксплуатационной проверки.
6.2. Теплотехнические условия работы теплого чердака позволяют применять его практически во всех климатических районах страны. Конструктивные решения покрытия для конкретных условий строительства следует выбирать в соответствии с действующими строительными нормами на железобетонные крыши и настоящими Рекомендациями.
6.3. Применение крыш с теплым чердаком в районах с сильными ветрами и значительными осадками (климатические подрайоны IIА и IIГ) дает возможность предотвращать занос осадков через вентиляционные отверстия в наружных стенах. Предварительно следует проверить устойчивость работы вентиляции и надежность защиты вытяжной шахты в эксплуатационных условиях.
В III климатическом районе крыша с теплым чердаком обеспечивает защиту помещения от солнечного перегрева, что позволяет не выполнять расчет теплоустойчивости конструкции.
6.4. Покрытие с безрулонной кровлей рекомендуется для I и IV климатических районов, где применение рулонной кровли ограничено производственными и эксплуатационными условиями. Для IV климатического района предпочтительнее однослойные или двуслойные панели с малым сопротивлением теплопередаче, а для I района — трехслойные панели с эффективным утеплителем.
6.5. Конструкцию покрытия теплого чердака рекомендуется выбирать в зависимости от основных эксплуатационных факторов — этажности здания и наружной температуры — по графику на рис. 7.
Рис. 7. Области целесообразного применения
панелей покрытия:
1, 2 — многослойная панель с эффективным утеплителем
толщиной соответственно 60 и 30 мм;
3 — 5 - однослойная панель из керамзитобетона \gamma = 1200\text{кг}/\text{м}^{3}
общей толщиной соответственно 320, 240 и 160 мм;
6,7 — двуслойная безрулонная панель с утеплителем
из керамзитобетона \gamma = 1000\text{кг}/\text{м}^{3} толщиной
соответственно 100 и 60 мм;
8 — железобетонная панель толщиной 100 мм с рулонной кровлей
График рассчитан по усредненным проектным данным покрытий, рассмотренных в разд. 4, и определяет область целесообразного применения конструкций (в том числе неутепленного покрытия), исходя из требований теплозащиты.
6.6. Для обеспечения нормального влажностного состояния (см. п. 5.7) в покрытии теплого чердака рекомендуется применять однослойные панели (см. рис. 4, а) из керамзитобетона слитной структуры объемной массой 1000 — 1200 кг/м3; двуслойные панели с утеплителем снизу из керамзитобетона объемной массой 900 — 1100 кг/м3 (см. рис. 5, б); трехслойные панели с внутренним слоем утеплителя из эффективных теплоизоляционных материалов объемной массой 50 — 300 кг/м3. При этом толщина защитных слоев из тяжелого бетона должна быть не менее 40 мм.
Не допускается применение двуслойных панелей с нижним слоем утеплителя из эффективных теплоизоляционных материалов.
6.7. Для предварительной оценки различных решений чердачных крыш при выборе конструкции рекомендуется пользоваться сравнительными технико-экономическими показателями (таблицы 1 и 2), рассчитанными в соответствии с [18].
Технико-экономические показатели конструкций крыш девятиэтажных жилых домов (на 1 м2 общей площади)
| Конструктивные типы крыш | Приведенные затраты, руб. | Эксплуатационные расходы, руб. | Трудоемкость, чел.-ч | Материалоемкость, кг | |||||
| всего | расчетная стоимость | капитальные вложения | всего | на отопление | общая | на строительной площадке | цемент | натуральная сталь | |
| Крыша с холодным чердаком, железобетонными панелями, рулонной кровлей | 7,56 | 5,06 | 0,32 | 1,68 | 0,47 | 0,87 | 0,48 | 18,7 | 2,29 |
| Крыша с холодным чердаком, панелями из водонепроницаемого бетона, безрулонной кровлей | 6,67 | 4,36 | 0,78 | 1,53 | 0,47 | 0,76 | 0,37 | 20,5 | 3,07 |
| Крыша с теплым чердаком, керамзитобетонными панелями толщиной 25 см, рулонной кровлей | 7,35 | 4,88 | 1,08 | 1,35 | 0,43 | 0,7 | 0,34 | 23,9 | 2,1 |
| Крыша с теплым чердаком, двуслойными панелями из водонепроницаемого бетона, безрулонной кровлей | 6,76 | 4,43 | 0,84 | 1,49 | 0,43 | 0,73 | 0,27 | 23,2 | 3,29 |
Примечания. 1. Показатели учитывают чердачное перекрытие в составе крыши.
2. При пересчете показателей для домов другой этажности следует пользоваться коэффициентами, приведенными в примеч. 2 к табл. 2.
Технико-экономические показатели крыш с теплым чердаком на жилых домах различной этажности (на 1 м2 площади застройки)
| Конструктивное решение крыши | Этажность | Приведенные затраты, руб. | Эксплуатационные затраты, руб. | Трудоемкость, чел.-ч | Материалоемкость, кг | |||||
| всего | расчетная стоимость | капитальные вложения | всего | на отопление | общая | на строительной площадке | цемент | натуральная сталь | ||
| Крыша с теплым чердаком, керамзитобетонными панелями покрытия различной толщины, рулонной кровлей | 5 9 12 16 | 49,87 45,94 45,12 44,33 | 33,62 30,5 29,93 29,52 | 7,22 6,75 6,63 6,61 | 8,88 8,44 8,3 8,01 | 2,76 2,68 2,5 2,18 | 4,62 4,38 4,36 4,35 | 2,08 2,1 2,12 2,15 | 178,08 149,4 140,7 137,04 | 12,74 13,1 13,46 13,8 |
Примечания. 1. Толщина панелей покрытия рассчитана для наружной температуры -30 °C при объемной массе керамзитобетона 1200 кг/м3.
2. При пересчете показателей на 1 м2 общей площади следует принимать коэффициенты: для пятиэтажных домов — 0,27; девятиэтажных — 0,16; 12-этажных — 0,12; 16-этажных — 0,09.
ЛИТЕРАТУРА
1. СНиП II-Л.1-71*. Жилые здания
2. СНиП II-3-79. Строительная теплотехника
3. СНиП II-А.6-72. Строительная климатология и геофизика
4. СНиП II-33-75. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха
5. СНиП II-30-76. Внутренний водопровод, канализация и водостоки зданий
6. СНиП II-А.5-70*. Противопожарные нормы проектирования зданий и сооружений
7. СНиП II-21-75. Бетонные и железобетонные конструкции
8. СНиП II-26-76. Кровли
9. ВСН-35-77 (Госгражданстрой). Инструкция по проектированию сборных железобетонных крыш жилых и общественных зданий. — М.: Стройиздат, 1978
10. Руководство по проектированию и устройству сборных железобетонных крыш с безрулонной кровлей для жилых и общественных зданий. СибЗНИИЭП. — М.: Стройиздат, 1979
11. Рекомендации по применению конструкций покрытий с панелями из легких и ячеистых бетонов. — М.: ЦНИИЭП жилища, 1974
12. Вопросы строительной теплофизики в типовом проектировании. — М.: МНИИТЭП, 1971
13. Строительная теплофизика (реф. сб.) — М.: ГосИНТИ, 1975
14. Мазалов А.Н. Вопросы исследования и расчета теплотехнических параметров крыши с теплым чердаком. — В кн.: Тепловая эффективность крупнопанельных зданий. — М.: ЦНИИЭП жилища, 1978
15. Фоломин А.И., Кузина Л.А., Костылева Т.И. Вопросы влажностного режима элементов ограждающих конструкций жилых и общественных зданий. — В кн.: Сборные железобетонные крыши. Вып. 5. — М.: ЦНИИЭП жилища, 1975
16. Госгражданстрой. Контрольные показатели удельного расхода тепла на отопление жилых зданий. — Бюллетень строительной техники, 1979, № 6
17. Мазалов А.Н. Теплозащитные качества крупнопанельных невентилируемых покрытий. — В сб.: Совершенствование индустриальных крыш жилых зданий. — М.: ЦНИИЭП жилища, 1971
18. Руководство по определению расчетной стоимости и трудоемкости изготовления сборных железобетонных конструкций на стадии проектирования. Конструкции жилых и общественных зданий. — М.: Стройиздат, 1976.