И.В. Захарова Теплотехнический расчет ограждающих конструкций

10

						Таблица 5
			Внутренняя поверхность ограждающих			Коэффициент
			конструкций			теплоотдачи
						αв, Вт/(м2· оС)
1.	Стен, полов, гладких потолков с выступающими ребрами
	при отношении высоты ребер к расстоянию между гра-					8,7
				h	≤ 0,3
2.	нями соседних ребер a					7,6
	Потолков с выступающими ребрами при отношении
		h	> 0,3
3.		a				9,9
	Зенитных фонарей
						Таблица 6
						Коэффициент
			Наружная поверхность ограждающих			теплоотдачи
			конструкций			для зимних
						условий
						αн , Вт/(м2· оС)
1.	Наружных стен, покрытий, перекрытий над проездами и
	над холодными подпольями в Северной строительно-					23
2.	климатической зоне
	Перекрытий над холодными подвалами, сообщающимися
	с наружным воздухом; перекрытий над холодными эта-					17
3.	жами в Северной строительно-климатической зоне
	Перекрытий чердачных и над неотапливаемыми подвала-
	ми со световыми проемами в стенах, а также наружных					12
	стен с воздушной прослойкой, вентилируемой наружным
4.	воздухом
	Перекрытий над неотапливаемыми подвалами без свето-
	вых проемов в стенах, расположенных выше уровня зем-					6
	ли, и над неотапливаемыми техническими подпольями,
	расположенными ниже уровня земли

5. ПРИМЕРЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО РАСЧЕТА

Прежде всего, необходимо выбрать конструкцию наружного ограждения в соответствии с заданием на проектирование. Рекомендуемые конструкции наружных стен и покрытий из условий энергосбережения даны в прил. 3 и 4 настоящего методического пособия.

11

При расчете многослойной ограждающей конструкции необходимо выяснить толщину только одного слоя, например, утеплителя. Толщина всех остальных слоёв задаётся по конструктивным соображениям. Зная, каким должно быть требуемое сопротивление конструкции теплопередаче и зная коэффициенты теплопроводности материалов, из которых она выполнена, мы можем рассчитать необходимую толщину слоя утеплителя и всей конструкции.

При выполнении расчета толщины ограждающей конструкции следует соблюдать определенную последовательность.

5.1. Общая последовательность выполнения теплотехнического расчета

1.В соответствии с п. 4 настоящего пособия определить вид здания и условия, по которым следует рассчитывать Rотр.

2.Определить Rотр:

•по формуле (5), если здание рассчитывается по санитарногигиеническим и комфортным условиям;

•по формуле (5а) и табл. 2, если расчет должен вестись исходя из условий энергосбережения.

3.Составить уравнение общего сопротивления ограждающей кон-

струкции с одним неизвестным по формуле (4) и приравнять его

Rотр.

4.Вычислить неизвестную толщину слоя утеплителя и определить общую толщину конструкции. При этом необходимо учесть типовые толщины наружных стен:

•толщина кирпичных стен должна быть кратна размеру кирпича (380, 510, 640, 770 мм);

•толщина наружных стеновых панелей принимается 250, 300 или 350 мм;

•толщина панелей типа «сэндвич» принимается равной 50, 80 или 100 мм.

5.2. Пример 1. Рассчитать толщину наружной стены жилого здания, расположенного в городе Топки Кемеровской области.

А. Исходные данные

1)Расчетная температура наиболее холодных пяти суток tн = -39 оС (табл.1 [2] или прил. 1 настоящего пособия);

12

2)Средняя температура отопительного периода tот.пер.= -8,2 оС (см. там же);

3)Продолжительность отопительного периода zот.пер.= 235 сут (там же);

4)Расчетная температура внутреннего воздуха tв= +20 оС, относительная влажность внутреннего воздуха φ= 55% (см. прил.2 настоящего пособия);

5)Влажностный режим помещения – нормальный (табл. 1 [1]);

6)Зона влажности – сухая (прил. 1*[1]);

7)Условия эксплуатации – А (прил. 2 [1]).

Рис. 2. Эскиз конструкции стены

Таблица 7

Теплотехнические характеристики материалов

(по прил. 3* [1], при условии эксплуатации А)

	Наименование	γ, кг/м3		λ,	δ
	материала	прил.3*[1	δ, м	Вт/(м·оС),	R = λ ,
		]		прил.3*[1]	м2· оС/Вт
1.	Цементно-песчаный раствор	1800	0,02	0,76	0,026
2.	Кирпич керамический пустот-
	ный на цементно-песчаном	1400	0,12	0,52	0,23
	растворе
	Наименование	γ, кг/м3		λ,	δ
	материала	прил.3*[1	δ, м	Вт/(м·оС),	R = λ ,
		]		прил.3*[1]	м2· оС/Вт
3.	Плиты минераловатные на син-	50	δ3	0,052	δ3/0,052
	тетическом связующем
4.	Кирпич керамический пустот-
	ный на цементно-песчаном	1400	0,38	0,52	0,73
	растворе
5.	Известково-песчаный раствор	1600	0,015	0,7	0,021

13

Б. Порядок расчета

1. В соответствии с п. 4.1. и 4.2, требуемое сопротивление теплопередаче данного здания следует определять из условий энергосбережения в зависимости от градусо-суток отопительного периода по формуле (5а):

ГСОП = (tв- tот.пер.) zот.пер.

ГСОП = (20-(-8,2))·235 = 6627.

2. Требуемое (приведенное) сопротивление теплопередаче из условий энергосбережения определяем интерполяцией по табл. 2

(или табл. 1б [1])

Rотр= 3,72 (м2· оС/Вт).

3. Общее термическое сопротивление ограждающей конструкции определяем по формуле (3):

RO = RВ + RK + RH =	1		+ R1 + R2 + R3 + R4 + R5 +	1		;
где αв = 8,7 Вт/(м2·оС)	α	в		α	н
	(табл. 4*[1], см. также табл. 4 пособия);
αн = 23 Вт/(м2·оС)	(табл. 6* [1], см. также табл. 5 пособия).
Ro ≥ Rотр

Rо = 1/8,7 + 0,026 + 0,23 + δ3/0,052 + 0,73 + 0,021 + 1/23 = 3,72 δ3 = 0,13 (м)

4. С учетом модульной толщины кирпичной кладки принима-

ем толщину утеплителя из минераловатных плит равной 0,14 м.

Тогда общая толщина наружных стен без учета отделочных слоев составит 0,64 м (2,5 кирпича).

Проведем проверочный расчет общего термического сопротивления конструкции:

Rо = 1/8,7 + 0,026 + 0,23 + 0,14/0,052 + 0,73 + 0,021 + 1/23 =3,85 Rо = 3,85 > Rотр = 3,72

Вывод: принятая конструкция наружных стен отвечает теплотехническим требованиям.

5.3. Пример 2. Рассчитать толщину наружной стены гаража, расположенного в городе Топки Кемеровской области.

14

А. Исходные данные

1)Расчетная температура наиболее холодных пяти суток tн = -39 оС (табл.1 [2] или прил. 1 настоящего пособия);

2)Средняя температура отопительного периода tот.пер.= -8,2 оС;

3)Продолжительность отопительного периода zот.пер.= 235 сут ;

4)Расчетная температура внутреннего воздуха tв= + 5 оС, относительная влажность внутреннего воздуха φ= 50% (см. прил.2 настоящего пособия);

5)Влажностный режим помещения – сухой (табл. 1 [1]);

6)Зона влажности – сухая (прил. 1*[1]);

7)Условия эксплуатации – А (прил. 2 [1]).

Рис.3. Эскиз конструкции стены

Таблица 8

Теплотехнические характеристики материалов

(по прил. 3* [1], при условии эксплуатации А)

	Наименование	γ, кг/м3		λ,	R =	δ	,
	материала	прил.3*[1]	δ, м	Вт/(м·оС),		λ
				прил.3*[1]	м2· оС/Вт
	1	2	3	4	5
1.	Стальной профилированный	-	0,001	-	-
	настил		δ2		δ2/0,04
2.	Пенополиуретан	40		0,04
3.	Стальной профилированный	-	0,001	-	-
	настил

15

Б. Порядок расчета

1. В соответствии с п. 4.1, требуемое сопротивление теплопередаче данного здания следует определять из санитарно-гигиенических и комфортных условий по формуле (5):

Rтр = n (tв −tн) ,
O	∆tн	αв

где n = 1 (табл. 3* [1], см. также табл.3 настоящего пособия); ∆tн= 4,5 оС (табл. 2*[1], см. также табл. 3 настоящего пособия); αв = 8,7 Вт/(м2· оС) (табл. 4*[1], см. также табл. 4 пособия).

Rтр =	1 (5 −(−39))		;	R тр=1,12 (м2· оС/Вт).
O	4,5	8,7		о

2. Поскольку толщина 1 и 3 слоя ничтожно мала, при расчете ими можно пренебречь и рассчитывать конструкцию как однослойную. Тогда общее термическое сопротивление ограждающей конструкции можно определять по формуле (3):

RO =	1	+ R2 +	1	,
αв		αн			(табл. 4*[1], см. также табл. 4 пособия);
где αв = 8,7		Вт/(м2· оС)
αн = 23		Вт/(м2· оС)			(табл. 6* [1], см. также табл. 5 пособия);

Ro ≥ Rотр

Ro = 1/8,7 + δ3/0,04 + 1/23 = 1,12 δ3 = 0,04 (м).

3. С учетом существующих размеров панелей типа «Сэндвич» принимаем толщину панели 50 мм и проводим проверочный расчет общего термического сопротивления данной конструкции:

Ro = 1/8,7 + 0,05/0,04 + 1/23 = 1,4; Ro = 1,4 > Rотр = 1,12

Вывод: принятая конструкция наружных стен отвечает теплотехническим требованиям.

16

6. ВЛАЖНОСТНОЕ СОСТОЯНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

В разделе 1.2 уже говорилось о том, что влажностное состояние конструкций влияет на их теплозащитные свойства, поскольку теплопроводность увлажненных материалов больше, а сопротивление конструкции теплопередаче меньше. Кроме того, увлажненная конструкция быстро разрушается от мороза, коррозии, биологических процессов. Поэтому особенно важно не допустить переувлажнения ограждающей конструкции в зданиях и помещениях с высокой влажностью внутреннего воздуха.

В атмосферном воздухе всегда содержится некоторое количество водяного пара. Количество влаги в граммах, содержащееся в 1 м3 воздуха, называется абсолютной влажностью f, г/м3. Однако для расчетов пользуются не абсолютной влажностью, а величиной пар-

циального давления водяного пара e (иногда называемого упруго-

стью водяного пара), выражаемого в мм рт. ст. или Па. Эта величина дает представление о количестве водяного пара, содержащегося в воздухе, но оценивается это количество в единицах, измеряющих давление или энергию. По мере увеличения количества пара в воздухе возрастает и парциальное давление.

Предельное значение парциального давления Е, мм рт. ст.

или Па, соответствует полному насыщению воздуха водяным паром. С повышением температуры воздуха величина Е увеличивается. Значения Е для воздуха с различной температурой указаны в табл. 9.

Степень насыщения воздуха водяным паром определяет его относительная влажность φ – процентное отношение парциального давления водяного пара е в рассматриваемой воздушной среде к максимальному значению парциального давления Е, соответствующему температуре этой среды:

ϕ =		e	100%	(6)
		E
Если воздух с определенным	влагосодержанием			подвергнуть

нагреванию, то его относительная влажность понизится, поскольку количество пара в воздухе, а следовательно, е останется неизменным, а предельное его значение Е увеличится с повышением температуры. Наоборот, при охлаждении воздуха относительная влажность будет увеличиваться из-за уменьшения Е. При некоторой температуре мак-

17

симальное значение парциального давления Е окажется равным фактическому парциальному давлению е, и относительная влажность будет равна 100%. Наступает состояние полного насыщения охлажденного воздуха водяным паром.

•Температура, при которой наступает полное насыщение воздуха водяным паром, называется температу-

рой точки росы tр.

При дальнейшем понижении температуры излишнее количество влаги будет конденсироваться. В холодный период года температура внутренней поверхности ограждающих конструкций всегда ниже температуры внутреннего воздуха и может охладиться до температуры точки росы.

Для предохранения от конденсации водяных паров на внутренней поверхности ограждений температура внутренней поверхности ограждающей конструкции τв, оС, должна быть выше температуры точки росы tр, оС, внутреннего воздуха:

τв > tр (7)

Температуру внутренней поверхности наружных ограждений τв, оС, определяют по формуле

	τв = tв −	n(tв −tн )		,	(8)
		Ro αв
где n, tв, tн, αв	- то же, что в формуле (5);
Rо	- то же, что в формуле (3).

Температуру точки росы внутреннего воздуха находят по табл. 9 при расчетной температуре tв и относительной влажности φв внутреннего воздуха исходя из фактического парциального давления водяного пара ев во внутреннем воздухе:

ев=0,01· Ев· φв,

(9)

где Ев - парциальное давление, мм рт. ст. или Па, при полном насыщении воздуха водяным паром (по табл.9) в зависимости от tв.

Расчетная температура tв и относительная влажность φв внутреннего воздуха для зданий разного типа при проверке на конденсацию влаги принимается по прил. 2.

18

Таблица 9

Значения максимального парциального давления водяного пара, мм рт. ст., для различных температур

(при атмосферном давлении 755 мм)

Для температур от 0 до -40 оС (надо льдом)

ºC	E, мм		ºC	E, мм			ºC	E, мм		ºC	E, мм
0	4,58		-	-			-	-		-	-
-1	4,22		-11	1,78			-21	0,7		-31	0,25
-2	3,88		-12	1,63			-22	0,64		-32	0,23
-3	3,57		-13	1,49			-23	0,58		-33	0,205
-4	3,28		-14	1,36			-24	0,52		-34	0,185
-5	3,01		-15	1,24			-25	0,47		-35	0,17
-6	2,76		-16	1,13			-26	0,42		-36	0,15
-7	2,53		-17	1,03			-27	0,38		-37	0,13
-8	2,32		-18	0,94			-28	0,34		-38	0,12
-9	2,13		-19	0,85			-28	0,31		-39	0,105
-10	1,95		-20	0,77			-30	0,28		-40	0,09
					Для температур от 0 до +40 оС (над водой)
ºC	E, мм		ºC	E, мм			ºC	E, мм		ºC	E, мм
0	4,58		-	-			-	-		-	-
1	4,93		11	9,84			21	18,65		31	33,7
2	5,29		12	10,52			22	19,83		32	35,66
3	5,69		13	11,23			23	21,07		33	37,73
4	6,10		14	11,99			24	22,38		34	39,9
5	6,54		15	12,79			25	23,76		35	42,18
6	7,01		16	13,63			26	25,21		36	44,56
7	7,51		17	14,53			27	26,74		37	47,07
8	8,05		18	15,48			28	28,35		38	49,69
9	8,61		19	16,48			28	30,04		39	52,44
10	9,21		20	17,54			30	31,82		40	55,32

7. ПРИМЕР РАСЧЕТА ОГРАЖДАЮЩЕЙ КОНСТРУКЦИИ

НА КОНДЕНСАЦИЮ ВЛАГИ

7.1. Пример 3. Определить из условий конденсации влаги допустимость применения наружных стен гаража в городе Топки Кемеровской области, рассчитанных в примере 2.

19

А. Исходные данные

1) Расчетная температура наиболее холодных пяти суток tн= -39

оС;

2)Расчетная температура внутреннего воздуха tв= + 5 оС;

3)Относительная влажность внутреннего воздуха φв = 50%;

4)Влажностный режим помещения – сухой;

5)Зона влажности – сухая;

6)Условия эксплуатации – А.

Рис.4. Эскиз конструкции стены

Таблица 10

Теплотехнические характеристики материалов

(по прил. 3* [1], при условии эксплуатации А)

	Наименование	γ, кг/м3		λ,	R =	δ	,
	материала	прил.3*[1]	δ, м	Вт/(м·оС),		λ
				прил.3*[1]	м2· оС/Вт
	1	2	3	4	5
1.	Стальной профилированный	-	0,001	-	-
	настил
2.	Пенополиуретан	40	0, 05	0,04	1,25
3.	Стальной профилированный	-	0,001	-	-
	настил

Б. Порядок расчета

1. Общее термическое сопротивление ограждающей конструк-

ции рассчитано по формуле (3) в примере 2:

Rо= 1,4 (м2·оС/Вт ).

2. Температура на внутренней поверхности стены определяется по формуле (8):