- •Строительная теплофизика
- •Содержание
- •Введение
- •1. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций
- •1.1 Исходные данные и расчетные параметры внутреннего и наружного воздуха
- •1.2 Расчет толщины утепляющего слоя однородной однослойной и многослойной ограждающей конструкции
- •1.3 Расчет толщины утепляющего слоя неоднородной однослойной и многослойной ограждающей конструкции
- •1.4. Расчет толщины утепляющего слоя конструкции полов над подвалом и подпольем
- •1.5 Теплотехнический расчет утепленных полов, расположенных непосредственно на лагах
- •1.6 Теплотехнический расчет утепленных полов, расположенных непосредственно на грунте
- •1.7 Теплотехнический расчет световых проемов
- •1.8 Теплотехнический расчет наружных дверей
- •2 Расчет теплоустойчивости наружных ограждений в теплый период
- •3 Расчёт теплоусвоения поверхности ограждающих конструкций
- •4 Расчёт влажностного режима наружных ограждений
- •4.1 Проверка внутренней поверхности наружных ограждений на возможность конденсации влаги
- •4.2 Проверка на возможность конденсации влаги в толще наружного ограждения
- •5 Воздушный режим здания
- •5.1 Расчет сопротивления воздухопроницанию ограждающей конструкции (стены)
- •5.2 Расчет сопротивления воздухопроницанию наружных ограждений - окон и балконных дверей
- •5.3 Расчет температуры поверхности и теплопередачи через ограждения при наличии воздухопроницаемости
- •6 Расчет тепловой мощности системы отопления
- •6.1 Уравнение теплового баланса здания
- •6.2 Потери теплоты через ограждающие конструкции зданий: стены, окна, двери, потолки, полы над подвалами и подпольями
- •1 − Пол над подвалом; 2 − пол на лагах; 3 − пол на грунте
- •6.2.1 Основные потери теплоты через утепленные полы на грунте и лагах
- •6.3 Дополнительные потери теплоты через ограждающие конструкции
- •Библиографический список
- •Приложение а Данные для расчета теплотехнических величин
- •Приложение б Характеристики наружных ограждений
- •Строительная теплофизика
- •654007, Г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42
1.2 Расчет толщины утепляющего слоя однородной однослойной и многослойной ограждающей конструкции
Используемые в настоящее время в практике строительства однослойные и многослойные ограждающие конструкции (стена, покрытие, перекрытие) состоят из однородных и неоднородных слоев.
Рассмотрим методику выполнения теплотехнического расчета однослойной и многослойной ограждающей конструкции стены, состоящей из однослойной и многослойной конструкции покрытия.
Задача состоит в определении толщины слоя утеплителя δут, м, (толщину слоя утеплителя округлять до 0,01 м).
При выполнении теплотехнического расчета для зимних условий, прежде всего, необходимо убедиться, что конструктивное решение проектируемого ограждения позволяет обеспечить необходимые санитарно-гигиенические и комфортные условия микроклимата. Для этого требуемое сопротивление теплопередаче, (м2·С)/Вт, определяют по формуле:
, (1)
где tв – расчетная температура внутреннего воздуха, С, принимаемая по нормам проектирования соответствующих зданий;
tн – расчетная зимняя температура, С, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 (приложение А,) таблица 1
n – коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху (таблица 6);
Таблица 6 – Значение коэффициента n, учитывающего положение наружного ограждения по отношению к наружному воздуху
Ограждающие конструкции |
Коэффициент n |
|
1 |
Продолжение таблицы 6
Ограждающие конструкции |
Коэффициент n |
|
0,9 |
|
0,75 |
|
0,6 |
|
0,4 |
Δtн – нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, С (таблица 7);
αв – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения, Вт/(м2·С) (таблица 8);
Таблица 7 – Значение нормируемого температурного перепада
Здания и помещения |
Нормируемый температурный перепад Δtн, С для | ||
наружных стен |
покрытий и чердачных перекрытий |
перекрытий над проездами, подвалами и подпольями | |
|
4,0 |
3,0 |
2,0 |
|
4,5 |
4,0 |
2,5 |
|
tв - tр,, но не более 7 |
0,8·(tв - tр), но не более 6 |
2,5 |
|
tв - tр |
0,8·(tв - tр) |
2,5 |
Таблица 8 – Значение коэффициента αв
Внутренняя поверхность ограждающих конструкций |
Коэффициент теплоотдачи αв, Вт/(м2·С) |
|
8,7 |
|
7,6 |
|
9,9 |
Примечание. Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций животноводческих и птицеводческих зданий следует принимать в соответствии со СНиП 2 10 03-84. |
Градусо-сутки отопительного периода (Dd), С·сут, следует определять по формуле:
, (2)
где zоп – продолжительность отопительного периода,сут, (приложение А, таблица А.1) или таблица 4;
tоп – средняя температура отопительного периода, С, (приложение А, таблица А.2) или таблица 4.
Расчетные значения сопротивлений теплопередаче R0, (м2·С)/Вт, однослойной или многослойной ограждающей конструкции определяют соответственно из уравнений (рисунок 1):
; (3)
, (4)
где δi – толщина отдельных слоев ограждающей конструкции, м;
δут – толщина утепляющего слоя, м;
λi – коэффициент теплопроводности отдельных слоев ограждающей конструкции, Вт/(м·С), (приложение А, таблица А.2);
λут – коэффициент теплопроводности утепляющего слоя, Вт/(м·С) (приложение А, таблица А.2);
αн – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения, Вт/(м2·С) таблица 9 или [2].
а б
а – однослойная; б – многослойная
Рисунок 1 – Ограждающая конструкция
Таблица 9 – Значение коэффициента теплопередачи у наружной поверхности αн
Наружная поверхность ограждающих конструкций |
Коэффициент теплоотдачи для зимних условий αн,Вт/(м2·С) |
|
23 |
|
17 |
|
12 |
|
6 |
Определяется приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций, соответствующее высоким теплозащитным свойствам , (м2·С)/Вт, (таблица 10) или [2], в зависимости от полученного значения ГСОП и типа здания или помещения.
Сравниваем и:
если − для дальнейших расчетов принимают ;
если − для расчетов принимают.
Приравнивая правую часть уравнения (4) к выбранной величине или , получим выражение для определения предварительной толщины слоя утеплителя δут, м:
, (5)
где αв – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения, Вт/(м2·С), (таблица 8);
αн – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения, Вт/(м2·С), (таблица 10);
δi, λi, λут – то же, что и в уравнении (4).
Таблица 10 – Нормы сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций
Здания и помещения |
Градусо-сутки отопительного периода, С, сут |
Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций , (м2·С)/Вт | ||||
стен |
покрытий и перекрытий над проездами |
перекрытий чердачных, над холодными подпольями и подвалами |
окон и балконных дверей |
фонарей | ||
Жилые, лечебно-профилактические и детские учреждения, школы, интернаты |
2000 |
2,1 |
3,2 |
2,8 |
0,35 |
0,25 |
4000 |
2,8 |
4,2 |
3,7 |
0,40 |
0,30 | |
6000 |
3,5 |
5,2 |
4,6 |
0,45 |
0,35 | |
8000 |
4,2 |
6,2 |
5,5 |
0,50 |
0,40 | |
10000 |
4,9 |
7,2 |
6,4 |
0,55 |
0,45 | |
12000 |
5,6 |
8,2 |
7,3 |
0,60 |
0,50 |
Продолжение таблицы 10
Здания и помещения |
Градусо-сутки отопительного периода, С, сут |
Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций , (м2·С)/Вт | ||||
стен |
покрытий и перекрытий над проездами |
перекрытий чердачных, над холодными подпольями и подвалами |
окон и балконных дверей |
фонарей | ||
Общественные, (кроме указанных выше) административные и бытовые, за исключением помещений с влажным или мокрым режимом |
2000 |
1,6 |
2,4 |
2,0 |
0,33 |
0,23 |
4000 |
2,4 |
3,2 |
2,7 |
0,38 |
0,28 | |
6000 |
3,0 |
4,0 |
3,4 |
0,43 |
0,33 | |
8000 |
3,6 |
4,8 |
4,1 |
0,48 |
0,38 | |
10000 |
4,2 |
5,6 |
4,8 |
0,53 |
0,43 | |
12000 |
4,8 |
6,4 |
5,5 |
0,58 |
0,48 | |
Производственные с сухим и нормальным режимами |
2000 |
1,4 |
2,0 |
1,4 |
0,21 |
0,19 |
4000 |
1,8 |
2,5 |
1,8 |
0,24 |
0,22 | |
6000 |
2,2 |
3,0 |
2,2 |
0,27 |
0,25 | |
8000 |
2,6 |
3,5 |
2,6 |
0,30 |
0,28 | |
10000 |
3,0 |
4,0 |
3,0 |
0,33 |
0,31 | |
12000 |
3,4 |
4,5 |
3,4 |
0,36 |
0,34 | |
Примечание. Промежуточные значения следует определять интерполяцией |
Для панельных стен сопротивление теплопередаче, найденное по формулам (3) и (4), допускается умножать на коэффициент теплотехнической однородности r (таблица 11).
Таблица 11 – Значения коэффициента теплотехнической однородности r
Ограждающая конструкция |
Коэффициент r |
|
0,90 |
|
0,75 |
|
0,70 |
|
0,60 |
|
0,50 |
Продолжение таблицы 11
Ограждающая конструкция |
Коэффициент r |
|
0,75 |
|
0,70 |
Вычисленное значение δут должно быть скорректировано в соответствии с требованиями, унификации конструкции ограждений.
Толщина наружных стен из кирпичной кладки может приниматься 0,39; 0,51; 0,64; 0,77 м, а наружных стеновых панелей – 0,20; 0,25; 0,30; 0,40 м. Конструкция и характеристика наружных ограждений (приложение Б, таблицы Б.1, Б.2, Б.3).
После выбора общей толщины конструкции δ0, м, и толщины утеплителя δут, м, уточняем фактическое общее сопротивление теплопередаче , (м2·С)/Вт, для всех слоев ограждения по формуле:
, (6)
и проверяем условие
или(7)
Если условие (7) не выполняется, то чаще всего целесообразен выбор строительного материала с меньшим коэффициентом теплопроводности λут, Вт/(м2·°С).
Коэффициент теплопередачи принятого наружного ограждения стены k, Вт/(м2·°С), определяется из уравнения
, (8)
где − общее фактическое сопротивление теплопередаче, принимаемое по уравнению (6), (м2·°С)/Вт.
Пример 1. Теплотехнический расчет наружного ограждения стены
Исходные данные.
Ограждающая конструкция жилого здания, состоящая из трех слоев: керамзитобетона на керамзитовом песке γ1 = 1000 кг/м3 толщиной δ1 = 0,12 м; утеплитель из пенополистирола γут = 40 кг/м3; керамзитобетона на керамзитовом песке γ2 = 1000 кг/м3 толщиной δ1 = 0,08 м.
Район строительства − г. Пенза.
Влажностный режим помещения – нормальный.
Отопление осуществляется от ТЭЦ.
Расчетная температура внутреннего воздуха tв = 20С.
Согласно рисунку А.1 приложения А г. Пенза находится в сухой зоне влажности; влажностный режим нормальный, следовательно, рассчитываемая ограждающая конструкция будет эксплуатироваться в условиях А (таблица 3).
Значения, в формулах, теплотехнических характеристик и коэффициентов:
tхп(0,92) = -29С; tоп = -3,6С; zоп = 222 сут. (приложение А, таблица А.1);
tв = 20С (таблица 1);
λ1 = λ2 = 0,33 Вт/(м2·°С); λут = 0,041 Вт/(м2·°С) (приложение А, таблица А.3);
αв = 8,7 Вт/(м2·°С) (таблица 8); Δtн = 4С (таблица 7);
n = 1 (таблица 6); αн = 23 Вт/(м2·°С) (таблица 9).
Порядок расчета
1. Первоначально определяем требуемое сопротивление теплопередаче по формуле (1):
(м2·°С)/Вт
2. По формуле (2) определяем градусо-сутки отопительного периода (Dd), С·сут:
С·сут
Находим величину сопротивления теплопередаче ограждения с учетом энергосбережения (м2·°С)/Вт (таблица 10).
Сравниваем и(м2·°С)/Вт, принимаем для дальнейших расчетов большее .
Определяем предварительную толщину выбранного утеплителя по уравнению (5):
В соответствии с требованиями унификации принимаем общую толщину ограждающей конструкции δ0 = 0,3 м, тогда δут = 0,1 м.
Уточняем общее фактическое сопротивление теплопередаче для всех слоев ограждения по выражению (6):
Коэффициент теплопередачи для данной ограждающей конструкции определяем по уравнению (8):
Вт/(м2·°С).
Находим толщину всей ограждающей конструкции по формуле , м.