3.2 Теплотехнический расчет наружных ограждающих

конструкций.

Теплотехнический расчет ограждений выполняют в соответствии с требованиями СНБ 2.04.01.-97. Цель расчета - определение оптимальной в теплотехническом отношении и экономически целесообразной толщины утеплителя б_УТ (м) в наружной ограждающей конструкции и определение общего сопротивления теплопередаче R_O (м²·^ОС/Вт) для этой же конструкции с учетом толщины утеплителя (б_УТ, м).

Сопротивление теплопередаче наружных ограждений R_O (м²·⁰С/Вт) за исключением заполнений проемов и ограждений помещений с избытками явной теплоты следует принимать равным экономически целесообразному R_ЭК, определяемому по формуле (2), но не менее требуемого сопротивления теплопередаче R_О^ТР, определяемого по формуле (1), и не менее нормативного сопротивления теплопередаче R_НОРМ, приведенного в [1 ,табл.5.1.].

ПОРЯДОК РАСЧЕТА.

3.2.1. Определяют требуемое сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции по выражению:

, (м^2оС)/Вт (1)

где n - коэффициент, зависящий от положения наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху, принимаемый по [1,табл.5.3];

- коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/ м^{2 О}С , [1, табл. 5.4];

t_В - расчетная температура внутреннего воздуха, ^ОС [1 , табл. 4.1];

t_Н - расчетная температура наружного воздуха, принимаемая в зависимости от тепловой инерции Д ограждающей конструкции, согласно [1,табл.5.2.,4.3].

Обычно при подсчете R_О^ТР значение тепловой инерции Д заранее неизвестно, поэтому для определения t_Н следует ориентировочно принять величину Д с последующей проверкой в конце расчета.

Если Д 1,5 , тоt_Н=t_Х.С. обеспеченностью 0, 98;

1,5 < Д 4 , то t_Н=t_Х.С. обеспеченностью 0,92;

4 < Д 7 , тоt_Н=обеспеченностью 0,92;

Д > 7 , то t_н= t₅ обеспеченностью 0,92, округляя до целого градуса;

_t^Н, ^ОС -расчетный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, [1, табл.5.5].

Сопротивление теплопередаче R_О наружных дверей (кроме балконных), ворот принимают не менее 0,6 R_О^ТР стены, определяемого по формуле (1) при t_Н = t₅ обеспеченностью 0,92.

3.2.2. Определяют экономически целесообразное сопротивление теплопередаче R_эк, (м²·^ОС/ Вт) на основе выбора толщины утеплителя по формуле:

, (2);

где t_В - то же, что и в формуле (1);

С_Э - стоимость тепловой энергии, руб/Гдж, принимаемая по действующим ценам (в курсовом проекте принять С_Э= 3,35 руб/Гдж по ценам 1991 года );

Z_ОТ - продолжительность отопительного периода, сут., принимаемая по [1,табл. 4.4];

t_Н.ОТ. - средняя за отопительный период температура наружного воздуха ^ОС , принимаемая по [1, табл. 4.4];

С_УТ - стоимость материала однослойной или теплоизоляционного материала многослойной ограждающей конструкции, руб/м³, принимаемая по действующим ценам (в курсовом проекте взять стоимость на период цен 1991 года);

_УТ- коэффициент теплопроводности материала однослойной или теплоизоляционного слоя многослойной конструкции ограждения в условиях эксплуатации А или Б согласно [1, табл.4.2], (м²·^ОС/ Вт), принимаемый по [1,табл.А1].

При наличии в теплоизоляционном слое ограждения сквозных включений из материалов с другим, чем у материала этого слоя коэффициентом теплопроводности для определения экономически целесообразного сопротивления теплопередаче принимают приведенный коэффициент _ПР :

, ( 3 ),

где ₁ и F₁ - коэффициент теплопроводности и площадь участка, занимаемая теплоизоляционным материалом;

₂ и F₂ - коэффициент теплопроводности и площадь участка, занимаемая материалом включения.

3.2.3. Определение сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции.

Сопротивление теплопередаче R_О, (м²·^ОС/Вт) ограждающей конструкции определяют в соответствии с [1, п. 5.9] по формуле:

, (4);

где _В,_Н - коэффициенты теплоотдачи соответственно внутренней и наружной поверхностей ограждающей конструкции, Вт/(м²·^ОС), [1,табл.5.4и5.7];

R_К- термическое сопротивление ограждающей конструкции (м²·^оС/Вт), определяемое для однослойной однородной конструкции по формуле:

, (5),

где  и  - толщина и коэффициент теплопроводности слоя, соответственно.

Для многослойной конструкции ограждения с последовательно расположенными однородными слоями, включая слой теплоизоляционного материала и замкнутые воздушные, если они имеются, прослойки, термическое сопротивление определяют по выражению:

, ( 6 );

где- сумма термических сопротивлений однородных слоев, определяемых по формуле (5) ;

- сумма термических сопротивлений имеющихся замкнутых воздушных прослоек в ограждении, (м² ·^оС/Вт), [1, табл. Б-1];

R_УТ=_УТ/_УТ - термическое сопротивление теплоизоляционного слоя.

Термическое сопротивление многослойной неоднородной ограждающей конструкции (пустотелые блоки, каменная многослойная стена облегченной кладки с теплоизоляционными вкладышами) определяют в соответствии с [1,п. 5.11] следующим образом:

а) плоскостями, параллельными направлению теплового потока, условно разрезают ограждающую конструкцию на характерные в теплотехническом отношении на участки, состоящие из одного или нескольких слоев. В пределах каждого участка термическое сопротивление ограждающей конструкции должно быть одинаковым.

Термическое сопротивление конструкции определяют по выражению:

(м²·^оС)/Вт, ( 7 ) ;

где F_i - площади отдельных участков по поверхности ограждения; м²;

R_i - термическое сопротивление в пределах каждого из этих участков, вычисляемое для однослойных участков по формуле (5), для многослойных - по формуле (6), (м²·^оС)/Вт;

б) плоскостями, перпендикулярными направлению теплового потока, конструкция условно разрезается на слои, из которых одни могут быть однородными - из одного материала, а другие - неоднородными - из однослойных участков разных материалов. Термическое сопротивление однородных слоев определяют по формуле (5), неоднородных - по формуле (7).

Термическое сопротивление конструкции в направлении, перпендикулярном тепловому потоку R_б, получают как сумму термических сопротивлений однородных и неоднородных слоев. После получения величин R_a и R_б находят среднее термическое сопротивление неоднородного ограждения по формуле:

(м²·^оС)/Вт , (8).

3.2.4. Определяют толщину материала однослойной или теплоизоляционного слоя многослойной конструкции, используя [1, п. 5.1], согласно которому R_ОR_ЭК и R_О  R_НОРМ. К расчету принимают большее.

Искомая толщина, м

, (9).

Найденную толщину слоя ограждения округляют до ближайшей толщины, кратной размеру стандартного элемента (кирпича, шлакоблока и т.д.), и уточняют его термическое сопротивление по формуле (5).

3.2.5. Проверяют значение принятой тепловой инерции ограждающей конструкции по формуле:

, (10);

где - термическое сопротивление отдельных слоев ограждающей конструкции, ( м²·^оС/Вт); формула (5);

- коэффициенты теплоусвоения материалов отдельных слоев ограждающей конструкции, Вт/(м²⁰C), принимаемые по [1, прил. А].

Если полученная величина Д отличается от предварительно принятой, следует по фактической Д найти температуру и снова определитьпо формуле (1), а затем произвести перерасчети толщины_УТ - формула(9).

3.2.6. Корректируют действительное сопротивление теплопередаче Ro (формула 4) при принятой толщине утеплителя.

Сопротивление теплопередаче заполнений световых проемов (окон, балконных дверей и фонарей) определяют по [1, прил. Г]. Сопротивление теплопередаче для подземной части стены, полов, расположенных на грунте или лагах, определяют по условным зонам [2, прил. 9, п.3]. Поверхность пола делят на условные зоны - полосы шириной 2 м, параллельные наружным стенам по всему периметру здания, см. рис.1. Зоны нумеруются, начиная от внутренней поверхности наружной стены. Всего 4 зоны. Полы, расположенные непосредственно на грунте, считаются неутепленными независимо от толщины и числа составляющих их слоев, если коэффициент каждого слоя 1,2 Вт/(м·^оС). Сопротивления теплопередаче неутепленных полов равны:

R= 2,1 (м²·^оС)/Вт ; R= 4,3 (м²·^оС)/Вт;

R = 8,6 (м²·^оС)/Вт; R = 14,2 (м²·^оС)/Вт.

Полы, расположенные непосредственно на грунте, считаются утепленными, конструкция которых включает хотя бы один слой с <1,2 Вт/(м·^оС).

Сопротивление теплопередаче утепленных полов определяют для каждой зоны по формуле:

(м²·^оС)/Вт, (11).

Для полов на лагах по кирпичным столбикам:

R_Л= 1,18; R_УТ = 1,18( R_НП + ), ( 12 ).

а) б)

Рис.1. Разбивка поверхности пола (а) и заглубленных частей наружных стен (б) на условные зоны

ПРИМЕР 1 . Произвести теплотехнический расчет наружной стены жилого дома, расположенного в Витебской области.

Исходные данные: расчетная температура воздуха внутри помещения t_В=18^оС, относительная влажность  = 5060%, расчетная температура наружного воздуха: (средняя) температура наиболее холодной пятидневки и наиболее холодных суток обеспеченностью 0,92 соответственно равны

t₅=- 25 ^оС и t_Х.С. = - 31^оС.

Продолжительность отопительного периода Z_ОТ= 207 сут., [1, табл.4.4], среднесуточная температура наружного воздуха за отопительный период t_Н.ОТ.= -2^оС, [1, табл. 4.4]. Наибольшая средняя скорость ветра за январь w=5,4 м/с, [1, табл. 4.5].

Стоимость пенополиуретана при ρ₃ =80 кг/м³ равна 120 руб/м³.

Конструкция стены:

1. Известково-песчаная штукатурка ρ₁ = 1600 кг/м³; ₁ = 0,02 м;

2. Кирпичная кладка из глиняного кирпича на цементно-песчаном растворе ₂ = 1800 кг/м³; ₂ = 0,38 м.

3. Пенополиуретан ₃ = 80 кг/м³; ₃ = ? м;

4. Известково-песчаная штукатурка ₄ = 1600 кг/м³; ₄ =0,01 м.

РЕШЕНИЕ: Определяем условия эксплуатации наружных ограждений по [1, табл.4.2] - “ Б “;

Теплотехнические характеристики материалов конструкции стены находим по [1, прил. А];

₁= 0,81 Вт/(м·^оС); S₁ = 9,76 Вт/(м²·^оС);

₂= 0,81 Вт/(м·^оС); S₂= 10,12 Вт/(м²·^оС);

₃= 0,05 Вт/(м·^оС); S₃= 0,7 Вт/(м²·^оС);

₄= 0,81 Вт/(м·^оС); S₄= 9,76 Вт/(м²·^оС);

1. Определяем требуемое сопротивление теплопередаче по ф. (1):

Принимаем 4≤D<7 , тогда

;

(м²·^оС)/Вт;

где t_В = 18^оС, n=1, ∆t^Н= 6^оС, α_В= 8,7 Вт/(м²·^оС).

2. Определяем экономически целесообразное сопротивление для наружной стены по ф. (2):

R_ЭК = 0,5·0,88 + (м²·^оС)/Вт;

3. Определяем по [1, табл.5.1] для наружной стены величину нормативного сопротивления теплопередаче R_НОРМ = 2 (м²·^оС)/Вт;

4. Определяем сопротивление теплопередаче наружной стены по ф.(4):

R_О= , (м²·^оС)/Вт;

Толщину слоя пенополиуретана определяем R_О R_НОРМ,

₃ (2 -)0,05 = 0,067 м;

Принимаем ₃ = 0,1 м, тогда R₃ = 0,1/0,05=2.

5. Проверяем величину тепловой инерции наружной стены Д по ф.(10):

Д= 0,025·9,76+0,469·10,12+2·0,7+0,012·9,76 = 6,507;

Условие 4<Д≤7 выполняется.

6. Корректируем R_О (ф.4) для наружной стены при ₃ = 0,1 м:

R_o = 0.115 + 0.025 + 0.469 + 2 + 0.012 + 0.043 = 2.664 м²·^оС/Вт.

ПРИМЕР 2. Рассчитать термическое сопротивление многопустотной ж/б плиты с диаметром пустот 100 мм (рис. 2) для жилого здания в Витебской области, если плотность железобетона = 2500 кг/м³.

рис. 2

РЕШЕНИЕ.

Определяем условия эксплуатации ж/б плиты в Витебской области по [1,табл. 4.2] – Б. Коэффициент теплопроводности ж/б плиты находим по [1,прил. А]; =2.04 Вт/(м·⁰С).

Определяем среднее термическое сопротивление R_CР многопустотной ж/б плиты, так как конструкция плиты является неоднородной в теплотехническом отношении.

Для упрощения круглые отверстия-пустоты плиты диаметром 100 мм заменяем равновеликими по площади квадратными со стороной а, равной:

а. Плоскостями, параллельными направлению теплового потока, условно разрезаем ж/б плиту на два характерных участка и определяем термическое сопротивление ж/б плиты по ф. (7).

где, R_І - термическое сопротивление участка І-І (два слоя железобетона толщиной 30мм и воздушная прослойка толщиной 90мм).

Согласно ф. 6:

(м²·^оС)/Вт

где R_В.П.=0.18 – термическое сопротивление замкнутой горизонтальной воздушной прослойки [1,табл. Б1];

R_ІІ - термическое сопротивление участка - (толщина глухой части ж/б плиты равна 0.15м):

(м²·^оС)/Вт

F_І,F_ІІ – площади характерных участков по поверхности плиты, м². Для определения F_І и F_ІІ берем участок ж/б плиты 1м, тогда

F_І= 0.09·1=0.09 м², F_ІІ=0.03·1=0.03 м²

Определяем

(м²·^оС)/Вт

б. Плоскостями, перпендикулярными направлению теплового потока, условно разрезаем ж/б плиту на три слоя. Термические сопротивления для 1-го и 3-го слоев определяем по ф. 5:

(м²·^оС)/Вт

Термическое сопротивление 2-го слоя (воздушные прослойки и железобетонные перемычки), как неоднородного в теплотехническом отношении, определяем по ф. 7, условно разрезая его на 2 участка (см. рис.2).

Для участка - (воздушная прослойка толщиной 0.09м) R₁=R_В.П.=0.18(м²·^оС)/Вт [1,табл. Б1]

Для участка - (ж/б перемычка толщиной 0.09м)

(м²·^оС)/Вт

Определяем по ф. 7:

(м²·^оС)/Вт

Сумма термических сопротивлений для всех трех слоев (ф. 6):

(м²·^оС)/Вт

Среднее термическое сопротивление плиты определяем по ф. (8):

(м²·^оС)/Вт