Kurs_Teplovy_vologisny_rozrakhunok

3.1.3. Розрахунок горищного перекриття

Послідовність розрахунку

Нормативне значення опору теплопередачі RНОРМ горищних перекриттів для першої температурної зони України

RНОРМ = 2,7 м2·°С/Вт

Опори сприйняття теплоти на внутрішній і зовнішній поверхні огороджувальної конструкції, м2°С/Вт

	RВН =	1	= 0,114 , RЗОВ =	1	=		1	= 0,083
		8,7		αЗОВ		12

αЗОВ - коефіцієнт тепловіддавання на зовнішній поверхні огородження

для зимових умов, прийнятий за табл.Е.2.

Визначаємо термічний опір окремих шарів огородження, крім шару утеплювача, м2°С/Вт

R =	δ1		=	0,02	= 0,025, R =		δ2		=	0,22	= 0,108, R =	δ3		=	0,004	= 0,023, R =	δ5		=	0,02	= 0,022
				0,81						2,04					0,17					0,93
1	λ	1			2		λ	2			3	λ	3			5	λ	5
					R4	= RНОРМ −(RВН + R1 + R2						+ R3 + R5 + RЗОВ )=

= 2,7 −(0,114 +0,025 +0,108 +0,023 +0,022 +0,083)= 2,32 м2°С/Вт.

Визначаємо товщину шару утеплювача

δ4 = R4 λ 4 = 2,32 0,08 = 0,186 м.

Округляємо розрахункове значення товщини шарую утеплювача до найближчого більшого нормативного типорозміру теплоізоляційних виробів (у нашому випадку до 0,2 м).

Термічний опір теплопередачі складає

R0 = 0,114 +0,025 +0,108 +0,023 +2,5 +0,022 +0,083 = 2,875 м2°С/Вт.

Різниця між температурами у приміщенні та на внутрішній поверхні огородження

∆t = tВ −tЗ RВН = 18 −(−3,2) 0,114 = 0,84 °С R0 2,875

З таблиці Н.2 визначаємо для горищного перекриття ∆tсг = 4 °С, тобто умова ∆t ≤ ∆tсг виконується.

31

3.1.4 Розрахунок підвального перекриття

Послідовність розрахунку Опори сприйняття теплоти на внутрішній і зовнішній поверхні огоро-

джувальної конструкції, м2°С/Вт

	RВН =	1	= 0,114 ,	RЗОВ =	1	=	1	= 0,166
		8,7			αЗОВ		6

αЗОВ - коефіцієнт тепловіддавання на зовнішній поверхні огородження для зи-

мових умов, прийнятий за табл.Е.2.

Визначаємо термічний опір окремих шарів огородження, крім шару утеплювача, м2°С/Вт

R =		δ1			=		0,22	= 0,108, R =		δ2		=	0,004	= 0,024, R =	δ4		=	0,03	= 0,032, R =	δ5		=	0,04	= 0,174,
						2,04																	0,23
1		λ	1					2		λ	2	0,17		4	λ	4	0,93		5	λ	5
R =		δ6			=	0,005		= 0,0149 ,
						0,35
6	λ		6
де δ1,δ2 ,δ4 ,δ 5 ,δ 6 - товщини, м;														λ1,λ2 ,λ3 ,λ 5 ,λ 6			- коефіцієнти теплопровідності
конструктивних шарів огородження, Вт/м°С.
								RНОРМ	= RВН + R1 + R2 + R3 + R4 + R5 + R6 + RЗОВ , звідси
								R3	= RНОРМ −(RВН + R1 + R2 + R4 + R5 + R6 + RЗОВ )=

= 2,7 −(0,114 +0,108 +0,024 +0,032 +0,174 +0,0149 +0,166)=1,66 м2°С/Вт.

Визначаємо товщину шару утеплювача

δ3 = R3 λ 3 =1,66 0,11 = 0,183 м.

Округляємо розрахункове значення товщини шару утеплювача до найближчого більшого нормативного типорозміру теплоізоляційних виробів (у нашому випадку до 0,2 м).

Термічний опір теплопередачі складає

R0 = 0,114 +0,108 +0,024 +1,81+0,032 +0,174 +0,0149 +0,166 = 2,44 м2°С/Вт.

Для підвального перекриття перевірка ∆t не виконується.

3.2. Розрахунок теплостійкості стінової огороджувальної конструкції

Розрахунок теплостійкості зовнішньої стіни виконується для самого теплого місяця року - липня.

Ціль - визначити амплітуду коливання температури на внутрішній пове-

рхні огородження А і порівняти її з необхідною амплітудою коливання АН .

τ.В τ.В

Якщо А > АН необхідно вжити заходи для зменшення дійсної амплітуди ко-

τ.В τ.В

ливання температури на внутрішній поверхні стіни. 32

Послідовність розрахунку.

АτН.В = 2,5 °С.

Обчислюємо коефіцієнт тепловіддавання на зовнішній поверхні огоро-

дження для літніх умов				Вт/(м2 °С),
αЗОВ =1,16 (5+10		) = 1,16 (5+10	1 ) = 17,4
	ν
де ν - мінімальна із середніх швидкостей			вітру по	румбах за липень (з
табл.Д.1, але не менше 1 м/с).

Визначаємо величину розрахункової амплітуди коливання температури

зовнішнього повітря Аt.З

, °С

РОЗР

РОЗР

=0,5 Аt.З

+

χ (

I MAX

− ICEP )

= 0,5

0,3 ( 760

−174)

Аt.З

14,7

+

=17,45

17,4

αЗ

де Аt.Н - максимальна амплітуда добових коливань температури зовнішнього повітря в липні, °С, яка визначається за табл. Б.1; χ - коефіцієнт поглинання сонячної радіації матеріалом зовнішньої поверхні огородження, визначається за табл. І.1; IMAX , IСР - максимальне і середнє значення сумарної сонячної раді-

ації (прямої і розсіяної), Вт/м2 (табл.Г.1).

Розраховуємо коефіцієнти теплозасвоєння зовнішньої поверхні окремих шарів огороджувальної конструкції, Y. Розрахунок починаємо з першого внутрішнього шару. Тому що теплова інерція першого шару D = 0,117 < 1, коефіцієнт теплозасвоєння розраховуємо за формулою

	Y1 =	R1S12 +αВН		=	0,012 9,762 +8,7	= 8,91 Вт/(м2 °С).
		1	+ R α		1+ 0,012 8,7
			1 ВН

Коефіцієнт теплозасвоєння зовнішньої поверхні другого шару Y2, Вт/м2 °С, приймаємо залежно від величини D2=S2 R2. Теплова інерція другого шару D2 =3,127 > 1, коефіцієнт теплозасвоєння Y2=S2, Y2=10,12 Вт/(м2 ºС).

Коефіцієнт теплозасвоєння зовнішньої поверхні третього шару Y3 визначаємо аналогічно коефіцієнту Y2. (D3 =1,64), коефіцієнт теплозасвоєння

Y3=S3, Y3=0,99 Вт/(м2 °С).

Коефіцієнт теплозасвоєння зовнішньої поверхні четвертого шару Y4 : D4

=1,5 > 1, коефіцієнт теплозасвоєння Y4=S4, Y4=10,9

Вт/(м2 °С).

Коефіцієнт

теплозасвоєння

зовнішньої

поверхні

п'ятого

шару Y5:

D5 =0,23 < 1, коефіцієнт теплозасвоєння Y5

Y5 =

R5S52 +Y4

=

0,021 11,092 +10,9

=10,97 Вт/(м2 °С).

1+ R Y

1+0,021 10,9

5

4

Визначаємо величину згасання розрахункової амплітуди коливань тем-

ператури зовнішнього повітря в п’ятишаровому огородженні

D

(S

+α

)(S

+Y )(S

+ Y )(S

+ Y )(S

+ Y )(α

+ Y )

ν =0,9e 2

1

ВН

2

1

3

2

4

3

5

4

ЗОВ

5

=

(S1 +Y1 )(

S2 +Y2 )(S3 +Y3 )(S4

+Y4 )(S5 +Y5 )αЗОВ

33

= 0,9e	6,63		(9,76 +8,7)(10,12 +8,91)(0,99 +10,12)(10,9 +0,99)(11,09 +10,9)(17,4 +10,97)	= 452,1.
	2
	(9,76 +8,91)(10,12 +10,12)(0,99 +0,99)(10,9 +10,9)(11,09 +10,97)17,4

де е - підстава натуральних логарифмів e = 2,718; S1, S2, S3, S4, S5 - розрахункові коефіцієнти теплозасвоєння матеріалів окремих шарів конструкції; D - теплова інерція конструкції.

Амплітуда коливання температури внутрішньої поверхні огородження

	РОЗ		17,45
Аτ.В =	Аt.З	=			= 0,04	°С.
	ν			452,1

АtРОЗ.З - розрахункова амплітуда коливань температури зовнішнього повітря, ν - величина згасання розрахункової амплітуди в огороджувальній конструкції.

Тому що АτН.В > Аτ.В , 2,3 > 0,04, немає необхідності підвищувати теплостійкість огородження.

3.3 Розрахунок опору повітропроникненню

Необхідний опір повітропроникненню стінової огороджувальної конструкцій визначається за формулою

RСН = G∆PН

∆Р - різниця тисків, що викликають рух повітря крізь огороджувальну конструкцію, Па; GН - нормативна повітропроникність, кг/(м2 година Па) [1]. Для стін GН = 0,5 кг/(м2 година Па).

Послідовність розрахунку

Визначаємо питому вагу внутрішнього і зовнішнього повітря

γВ = 2733463+18 =11,9 Н/м3 , γЗ = 2733463−19 =13,63 Н/м3

Визначаємо різницю тисків, що викликають рух повітря крізь огороджувальну конструкцію.

Різниця тиску розраховується за формулою:

∆Р = (H −hi ) (γЗ −γВ )+0,03 γЗ w2 βν

У нашому випадку H = 35 м

hi = 20 м

w = 6,2 м/c βν = 0,55 .

∆P = (35 −20)(13,63 −11,9) +0,03 13,63 · 6,22 0,55 = 34,59 Па

34

Обчислюємо необхідний опір повітропроникненню стіни

RІН = G∆PН = 340,,595 = 69,2 м2 година Па/кг.

Визначаємо опір повітропроникненню RІ для багатошарової конструкції

RІ = RІ1 +RІ2 +....+RІN,

де RІ I - опір повітропроникненню окремих шарів огороджувальної конструкції, м2 година Па/кг, [1].

З таблиці К.1 визначаємо опори повітропроникненню шарів. Перший шар:

штукатурка вапнянопіщана 15 мм – 142 (м2 година Па/кг).

За завданням: штукатурка вапнянопіщана 10 мм, звідси визначаємо RІ1=94,6 (м2 година Па/кг);

Другий шар:

кладка з суцільної цегли 250 мм – 18 (м2 година Па/кг).

За завданням: кладка з суцільної цегли 250 мм, звідси визначаємо RI2 = 18 (м2 година Па/кг).

Третій шар:

утеплювач пінополістирол 100 мм – 79 (м2 година Па/кг).

За завданням: утеплювач пінополістирол 100 мм, звідси визначаємо RІ3 = 79 (м2 година Па/кг).

Четвертий шар:

кладка з суцільної цегли 120 мм – 2 (м2 година Па/кг).

За завданням: кладка з суцільної цегли 120 мм, звідси визначаємо RІ4 = 2 (м2 година Па/кг).

П'ятий шар:

штукатурка цементнопіщана 15 мм – 373 (м2 година Па/кг).

За завданням: штукатурка цементно-піщана 20 мм, звідси визначаємо RІ5 = 497,3 (м2 година Па/кг).

Опір повітропроникненню RІ визначаємо за формулою

RІ = RІ1 +RІ2+RІ3+RІ4+RІ5 = 96,4+18+79+2+497,3=690,9 м2 година Па/кг.

Опір повітропроникненню RІ більше необхідного RІН (690,9 > 69,2), отже заходів щодо збільшення опору повітропроникненню вживати не потрібно.

3.4 Розрахунок вологісного режиму стінової огороджувальної конструкції

3.4.1 Розрахунок стінової огороджувальної конструкції на можливу конденсацію водяної пари у її товщі

Ціль розрахунку - визначити парціальний тиск водяної пари в товщі огородження і наявність зони конденсації внаслідок паропроникнення.

35

Послідовність розрахунку парціальних тисків Визначаємо температури огороджувальної конструкції, яка складається

з п'яти шарів, (мал.3.1) обчислюємо наступні температури:

- на внутрішній поверхні				18 −(−3,2)
τВ =tВ −	tВ −tЗ		RВН =18 −			1	=16,9 °С,
	R			2,3		8,7
	O

де - tВ - температура внутрішнього повітря приміщення, °С (вихідні дані); tЗ -

температура зовнішнього повітря (приймаємо середню температуру самого холодного місяця року (у даному випадку - січня), RO - термічний опір огоро-

дження, м2 °С/Вт; RВН - термічний опір сприйманню теплоти внутрішньою

поверхнею огородження, м2 °С/Вт; - на границі першого і другого шарів

t1−2

=tВ −

t

В

−t

З

(RВН + R1 )=

18 −

18 −(−3,2)

1

+

0,01

=16,8 °С.

RO

2,3

8,7

0,81

- на границі другого і третього шарів

t2−3 =tВ −

t

В

−t

З

(RВН

+ R1 + R2 )=18 −

18 −(−3,2)

1

+

0,01

+

0,35

=13,9 °С.

2,3

8,7

0,81

0,81

RO

- на границі третього і четвертого шарів

t

В

−t

З

(RВН + R1 + R2 + R3 )=18 −

18 −(−3,2)

1

0,01

0,35

0,1

t3−4 =tВ −

+

+

+

= −1,3 °С.

RO

2,3

0,81

0,81

8,7

0,06

- на границі четвертого і п'ятого шарів

t

4−5

=t

В

−

tВ −tЗ

(R + R + R + R + R

)

=

RO

ВН

1

2

3

4

18 −(−3,2)

=18 −

1

+

0,01

+

0,35

+

0,1

+

0,12

= −2,6 °С.

2,3

8,7

0,81

0,81

0,06

0,87

- на зовнішній поверхні стіни

τ

ЗП

= t

В

−

tВ −tЗОВ

(R

ВН

+ R + R

2

+ R + R

4

+ R

5

)=

RO

1

3

18 −(−3,2)

=18 −

1

+

0,01

+

0,35

+

0,1

+

0,12

+

0,02

= −2,8 °С.

2,3

8,7

0,81

0,81

0,06

0,87

0,93

Для контролю правильності обчислень визначаємо τЗП

альтернативним

способом:

tВ −tЗОВ

τЗП

= tЗ +

RЗОВ

= −3,2 +9,217 0,0435 = −2,8

°C

R

O

Визначаємо тиск

насиченої

водяної

пари Е за отриманим значенням

температур на границях шарів огородження. При:

τВ =16,9°С → ЕВ =1925Па,

t1−2

=16,8°С → Е1−2

=1913Па ,

t2−3

=13,9°С → Е2−3 =1588Па, t3−4

= −1,3°С → Е3−4 =549Па,

t4−5

= −2,6°С → Е4−5 = 492Па, τЗ = −2,8°С → Е4−5 = 484Па.

36

Треба мати на увазі, що залежність Е від температури є нелінійною. Для шарів, на яких температура змінюється мало, цією не лінійністю можна нехтувати. Але для шару утеплювача-теплоізолятора, на якому має місце великий перепад температури, нелінійність Е(t) треба обов’язково враховувати. Тому інтервал температур (13,9 ; -1,3) °C розбиваємо на 4 рівних частини і в трьох проміжних точках визначаємо тиск насиченої пари:

10,1°С E =1236Па

6,3°С E = 954Па

2,5°С E = 732Па

За допомогою цих додаткових точок будується крива Е(t) в утеплювачі. Обчислюємо парціальний тиск водяної пари у внутрішнім повітрі при-

міщення. При tВ = 18°С ЕВ = 2063 Па, φВ = 68%

eВ−1 = eВ =

ϕВ ЕВ

=

68 2063

=1402 Па.

100

100

Знаходимо RП - загальний опір паропроникненню огородження, рівний

N

сумі опорів усіх п'яти шарів

∑RПI

огородження. Опір паропроникненню і–

I =1

того шару визначається як RПІ

= δI , м2

година Па/мг,

N - кількість шарів у

µI

конструкції. Для розглянутого варіанта огородження

R

П

= R

П1

+ R

П2

+ R

П3

+ R

П4

+ R

= δ1

+ δ2

+ δ3 +

δ4

+ δ5 =

П

5

µ µ

2

µ

3

µ

4

µ

5

0,01

0,25

0,1

0,12

0,02

1

2

година Па/мг),

=

+

+

+

+

=5,67 (м

0,12

0,11

0,05

0,11

0,09

де δ1,…, δ5- товщини шарів; µ1,…, µ5 - коефіцієнти паропроникнення відповідних шарів конструкції, мг/(м година Па), які характеризують кількість пари в міліграмах, що проникає через 1 м2 поверхні огородження за 1 годину при градієнті парціальних тисків водяної пари на поверхнях, який дорівнює 1 Па/м.

Обчислюємо значення дійсних парціальних тисків водяної пари на границях шарів огородження.

Для розглянутого варіанта розрахунок парціальних тисків на границі між шарами буде мати наступний вигляд:

на границі першого і другого шарів

e

В

−e

1402 −480

0,01

Па.

e1−2 = eВ −

З

RП1

=1402 −

=1388

5,67

0,12

RП

- на границі другого і третього шарів

e2−3 = eВ −

e

В

−e

З

(RП1 + RП2 )=1402 −

1402 −480

0,01

+

0,25

=1019

Па.

RП

5,67

0,12

0,11

- на границі третього і четвертого шарів

37

e3−4 = eВ −

e

В

−e

З

(RП1 + RП2 + RП3 )=1402 −

1402 −480

0,01

+

0,25

+

0,1

= 694 Па.

RП

5,67

0,12

0,11

0,05

- на границі четвертого і п'ятого шарів

e

= e

−

e

В

−e

З

(R

+ R

+ R

+ R

)=1402 −

1402 −480 0,01

+

0,25

+

0,1

+

0,12

=

В

П1

П2

П3

П4

4−5

RП

5,67

0,12

0,11

0,05

0,11

=516 Па.

-на зовнішній поверхні стіни парціальний тиск водяної пари е5-З дорівнює парціальному тиску водяної пари зовнішнього повітря еЗ = 480 Па.

За отриманими даними будується діаграма. Побудувавши дотичні до кривої (Е) з точок на поверхнях огородження з парціальними тисками eВ і eЗ ,

визначимо вхідний та вихідний перерізи зони конденсації.

3.1 Діаграма паропроникнення

38

Переходимо до визначення накопичення вологи у зоні конденсації.

eВ =1402Па,eЗ = 480Па

Парціальний тиск у першій точці дотику e1 = 540Па, друга точка дотику лежить практично на зовнішній поверхні огородження тобто e2 ≈ eЗ і I2 ≈ 0.

I1 = 1402 −540 =198,2 мг/(м2год). 4,35

Період Z з температурами менше ніж 8°С складає 7 місяців (212 діб=5088 год) (див. дод.Б). Накопичення вологи за цей період

P= (I1 − I2 )Z10−6 =198,2 5088 10−6 =1,01 кг/м2

Уякості зволоженого шару вибираємо 3-й шар (утеплювачпінополістирол). Його товщина δк = 0,2 м, густина ρК =150 кг/м3. Приріст во-

логи складає

∆w =	P	100% =	1,01	100% = 3,4%
			0,2 150
	δk ρk

Нормативне значення ∆wД для пінополістиролу складає 2 %. Таким чином,

розраховане накопичення вологи в огородженні є недопустимим, а у самому огородженні потрібна додаткова пароізоляція.

39

Додаток А

	Теплофізичні показники будівельних матеріалів							Таблиця А.1
№	Найменування матеріалу	Щіль	Розрахункові коефіцієнти за умов
		ність			експлуатації
		мате-	теплопрові-			теплозасвоєн-			паро-
		ріалу	дності λ,			ня (при періоді			про-
		в су-	Вт/(м°С) по				24 г)		ник-
		хому	параметрах			S, Вт/(м2°С)			нення,
		стані,				по параметрах			µ мг/
		ρ	А	Б		А		Б	(м го-
		кг/м3							дина
									Па)
1	2	3	4	5		6		7	8
	І. Бетони та розчини
	А. Бетони на природних щільних
	заповнювачах
1	Залізобетон	2500	1,92	2,04		17,98		16,95	0,03
2	Бетон на гравії або щебені з при-	2400	1,74	1,86		16,77		17,88	0,03
	родного каменю
	Б. Бетони на природних пористих
	заповнювачах
3	Туфобетон	1800	0,87	0,99		11,38		12,79	0,09
4	Туфобетон	1600	0,70	0,81		9,62		10,91	0,11
5	Туфобетон	1400	0,52	0,58		7,76		8,63	0,11
6	Туфобетон	1200	0,41	0,47		6,38		7,20	0,12
7	Пемзобетон	1600	0,62	0,68		8,54		9,30	0,075
8	Пемзобетон	1400	0,49	0,54		7,10		7,76	0,083
9	Пемзобетон	1200	0,40	0,43		5,94		6,41	0,098
10	Пемзобетон	1000	0,30	0,34		4,69		5,20	0,11
11	Пемзобетон	800	0,22	0,26		3,60		4,07	0,12
12	Бетон на вулканічному шлаку	1600	0,64	0,70		9,20		10,14	0,075
13	Бетон на вулканічному шлаку	1400	0,52	0,58		7,76		8,63	0,083
14	Бетон на вулканічному шлаку	1200	0,41	0,47		6,38		7,20	0,09
15	Бетон на вулканічному шлаку	1000	0,29	0,35		4,90		5,67	0,098
16	Бетон на вулканічному шлаку	800	0,23	0,29		3,90		4,61	0,11
	В. Бетони на штучних пористих
	заповнювачах
17	Керамзитобетон на керамзитовому	1800	0,80	0,92		10,50		12,33	0,09
	піску і керамзитопінобетон
18	Керамзитобетон на керамзитовому	1600	0,67	0,79		9,06		10,77	0,09
	піску і керамзитопінобетон
19	Керамзитобетон на керамзитовому	1400	0,56	0,65		7,75		9,14	0,098
	піску і керамзитопінобетон

40