Теплотехнический расчет ограждающих конструкций зданий и сооружений

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Сибирский государственный индустриальный университет»

Кафедра архитектуры и строительных материалов

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Издание 2-е, дополненное

Методические указания к выполнению теплотехнического расчета

в составе курсового и дипломного проектов для студентов, обучающихся по направлению подготовки 270100 «Строительство»

Новокузнецк

2010

УДК 621.1.016 (07) Т34

Рецензент:

Кандидат технических наук, доцент, заведующая кафедрой теплогазоснабжения и вентиляции СибГИУ И.В. Зоря

Т34 Теплотехнический расчет ограждающих конструкций зданий и сооружений: Метод. указ. Изд. 2-е, доп./ Сост. О.В. Матехина, Ю.К. Осипов: СибГИУ. – Новокузнецк,

2010. – 62 с.

Приводится теория теплотехнического расчета на основе строительной теплофизики. Даны примеры расчетов реальных ограждающих конструкций различных видов зданий. Приводятся нормативные данные по климатическим характеристикам, теплотехническим требованиям и теплотехническим характеристикам различных строительных материалов.

Предназначены для студентов всех строительных специаль-

ностей.

2

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие ......................................................................................................	4
Основные термины и определения ..................................................................	6
Теоретическая основа расчета........................................................................	11
Общие положения ...........................................................................................	13
Методика проектирования тепловой защиты зданий ..................................	18
Примеры расчета .............................................................................................	22
Библиографический список............................................................................	32
Приложение А .................................................................................................	33
Таблица А.1 – Нормируемые значения сопротивления теплопередаче
ограждающих конструкций ............................................................................	33
Таблица А.2 – Уровни теплозащиты рекомендуемых ограждающих
конструкций наружных стен...........................................................................	35

Таблица А.3 – Градусо-сутки и продолжительность отопительного периода

населенных пунктов Кемеровской области...................................................	36
Таблица А.4 – Климатические параметры холодного периода года ...........	37
Таблица А.5 – Расчетные температуры наружного воздуха населенных
пунктов Кемеровской области в холодный период года..............................	41
Таблица А.6 – Расчетная температура, относительная влажность и
температура точки росы внутреннего воздуха помещений, принимаемые
при теплотехнических расчетах ограждающих конструкций для
Кемеровской области ......................................................................................	42
Таблица А.7 – Влажностный режим помещений ..........................................	43
Таблица А.8 – Условия эксплуатации ограждающих конструкций ............	43
Таблица А.9 – Расчетные теплотехнические показатели строительных
материалов и изделий......................................................................................	43
Таблица А.10 – Термическое сопротивление замкнутых воздушных
прослоек............................................................................................................	55
Таблица А.11 – Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности
ограждающей конструкции.............................................................................	55
Таблица А.12 – Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности для
условий холодного периода ............................................................................	56
Таблица А.13 – Минимально допустимые значения коэффициента
теплотехнической однородности r для конструкций индустриального
изготовления ....................................................................................................	56
Таблица А.14 – Нормируемый температурный перепад между
температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней
поверхности ограждающей конструкции ......................................................	57
Таблица А.15 – Коэффициент n, учитывающий зависимость положения
ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху .............	58
Таблица А.16 – Значения температуры точки росы td в зависимости от
температуры и относительной влажности внутреннего воздуха.................	59
Приложение Б. Карта зон влажности ............................................................	61
3

ПРЕДИСЛОВИЕ

Ограждающие конструкции жилых, общественных, промышленных зданий и сооружений должны отвечать требованиям прочности, долговечности, устойчивости, огнестойкости, защищать внутренние помещения от холода и жары, дождя и ветра, шума улицы и звукопередачи из соседних помещений. Основными требованиями, предъявляемыми к ограждающим конструкциям являются: прочность, жесткость и устойчивость; теплотехнические качества, звукоизоляционные качества, влагостойкость; долговечность, огнестойкость, индустриальность, экономичность.

Силовые воздействия на здание в целом и на отдельные, в том числе ограждающие, конструкции учитываются при расчете на основе строительной механики. Разделы прикладной строительной физики позволяют запроектировать конструкции с учетом требований теплофизики, акустики, светотехники.

Расходы на отопление в России составляют около одной пятой всех потребляемых энергорессурсов, связано это не только с суровостью российского климата, но и с огромными теплопотерями из-за недостаточной теплозащиты ограждающих конструкций. В связи с этим Министерство строительства России, начиная с 1996 г., постепенно осуществляет ужесточение нормативных требований к термическим сопротивлениям наружных ограждений зданий и сооружений и к теплозащите зданий в целом. Требования к повышению тепловой защиты зданий и сооружений, основных потребителей энергии, являются важным объектом государственного регулирования в большинстве стран мира. Эти требования рассматриваются также с точки зрения охраны окружающей среды, рационального использования невозобновляемых природных ре-

4

сурсов и уменьшения влияния «парникового» эффекта и сокращения выделений двуокиси углерода и других вредных веществ в атмосферу.

Новый СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» принят и введен в действие с 01 октября 2003 г. постановлением Госстроя России от 26.06.2003 г. № 113. Данные строительные нормы и правила устанавливают требования к тепловой защите зданий в целях экономии энергии при обеспечении санитарно-гигиенических и оптимальных параметров микроклимата помещений и долговечности ограждающих конструкций зданий и сооружений. Одновременно с созданием эффективной тепловой защиты, в соответствии с другими нормативными документами принимаются меры по повышению эффективности инженерного оборудования зданий, снижению потерь энергии при ее выработке и транспортировке, а также по сокращению расхода тепловой и электрической энергии путем автоматического управления и регулирования оборудования и инженерных систем в целом.

Нормы по тепловой защите зданий гармонизированы с аналогичными зарубежными нормами развитых стран. Эти нормы содержат минимальные требования, и строительство многих зданий может быть выполнено на экономической основе с существенно более высокими показателями тепловой защиты.

В настоящем издании рассматриваются основные термины и определения, используемые при выполнении теплотехнических расчетов, теоретическая основа и методика, а также большой объем справочной информации, необходимой для проведения расчета ограждающих конструкций.

Теплотехнический расчет наружных стен выполняется в составе курсовых проектов по архитектурным дисциплинам и является неотъемлемой частью дипломного проекта всех строительных специальностей.

5

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Таблица 1 – Основные термины и определения

	N			Обо-					Обозн.
		Термин		значе-	Характеристика				единицы
	п.п.
				ние					величины
				1 ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ
	1.1	Тепловая		–	Теплозащитные		свойства	совокупно-	–
		защита зда-			сти наружных и внутренних ограж-
		ния			дающих конструкций здания, обеспе-
		(Thermal			чивающие заданный уровень расхода
		performance			тепловой энергии здания с учетом
		of a building)			воздухообмена		помещений не выше
					допустимых пределов, а также их воз-
					духопроницаемость и защиту от пере-
					увлажнения при оптимальных пара-
					метрах микроклимата его помещений
	1.2	Микрокли-		–	Состояние внутренней среды поме-				–
		мат	поме-		щения, оказывающее воздействие на
		щения	(In-		человека, характеризуемое показате-
		door climate			лями температуры воздуха и ограж-
		of a premise)			дающих конструкций, влажностью и
					подвижностью воздуха
	1.3	Оптималь-		–	Сочетание	значений		показателей	–
		ные	пара-		микроклимата, которые при длитель-
		метры			ном и систематическом воздействии
		микрокли-			на человека	обеспечивают тепловое
		мата	поме-		состояние организма при минималь-
		щений	(Op-		ном напряжении механизмов термо-
		timum	para-		регуляции и ощущение комфорта не
		meters	of in-		менее чем у 80% людей, находящихся
		door climate			в помещении
		of the	prem-
		ises)
	1.4	Холодный		–	Период года,		характеризующийся		–
		(отопитель-			средней суточной температурой на-
		ный) период			ружного воздуха, равной и ниже 10
		года	(Cold		или 8 °С в зависимости от вида здания
		(heating)
		season	of a
		year)
					6

Продолжение таблицы 1.

	N			Обо-					Обозн.
		Термин		значе-	Характеристика				единицы
	п.п.
				ние					величины
	1.5	Продолжи-		zht	Расчетный	период времени работы			сут.
		тельность			системы отопления здания, представ-
		отопитель-			ляющий собой среднее статистическое
		ного перио-			число суток в году, когда средняя су-
		да (Lenght of			точная температура наружного возду-
		the	heating		ха устойчиво равна и ниже 8 или 10 °С
		season)			в зависимости от вида здания
	1.6	Средняя		tht	Расчетная	температура		наружного	ОС
		температу-			воздуха, осредненная за отопитель-
		ра наруж-			ный период по средним суточным
		ного возду-			температурам наружного воздуха
		ха отопи-
		тельного
		периода
		(Mean tem-
		perature of
		outdoor air of
		the heating
		season)
	1.7	Градусо-		Dd	По СНиП 23-02				°С·сут
		сутки ото-
		пительного
		периода
	1.8	Теплопро-		–	Свойство	материала	конструкции		–
		водность			переносить	теплоту	под	действием
					разности (градиента) температур на
					ее поверхностях
	1.9	Теплоотда-		–	Перенос теплоты с поверхности кон-				–
		ча	(тепло-		струкции в окружающую среду за
		восприятие)			счет конвективного и лучистого теп-
					лообмена
	1.10	Теплопере-		–	Перенос теплоты через ограждаю-				–
		дача			щую конструкцию от взаимо-
					действующей с ней среды с более
					высокой температурой к среде с дру-
					гой стороны конструкции с более
					низкой температурой
					7

Продолжение таблицы 1.

N			Обо-					Обозн.
	Термин		значе-		Характеристика			единицы
п.п.
			ние					величины
1.11	Теплоус-		–	Свойство поверхности ограждающей				–
	воение по-			конструкции поглощать или отдавать
	верхности			теплоту
	конструк-
	ции
1.12	Относи-			Отношение парциального			давления	%
	тельная			водяного пара, содержащегося в воз-
	влажность			духе при данной температуре, к дав-
	воздуха			лению насыщенного		водяного пара
				при той же температуре
		2 МАТЕРИАЛЫ КОНСТРУКЦИЙ
2.1	Коэффици-			Величина, численно равная плотно-				Вт/(м·°С)
	ент	тепло-		сти теплового потока, проходящего в
	проводно-			изотермических условиях через слой
	сти	мате-		материала толщиной в 1 м при разно-
				сти температур на его поверхностях
	риала
				один градус Цельсия
2.2	Плотность			Отношение массы (свойства материала,				кг/м3
	материала			характеризующего его		инерционность
				и способность создавать гравитацион-
				ное поле) материала к его объему
		3 ОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ
3.1	Теплоус-		–	Свойство ограждающей конструкции,				–
	тойчивость			определяемое отношением			амплиту-
	ограждаю-			ды колебаний температуры внутрен-
	щей	конст-		ней поверхности и амплитуды тепло-
	рукции			вого потока при его гармонических
				колебаниях
3.2	Теплоус-		–	Свойство	результирующей		темпера-	–
	тойчивость			туры внутреннего воздуха и внутрен-
	помещений			них поверхностей ограждающих кон-
				струкций	сохранять	относительное
				постоянство при колебаниях тепло-
				потерь и теплопоступлений снаружи
				и теплопоступлений внутри, обеспе-
				чиваемых	системами	поддержания
				микроклимата
					8

Продолжение таблицы 1.

N			Обо-					Обозн.
	Термин		значе-	Характеристика				единицы
п.п.
			ние					величины
3.3	Коэффици-		aint	Величина, численно равная поверхно-				Вт/(м2·°С)
	ент тепло-		aext	стной плотности теплового потока при
	обмена (те-			перепаде температур между поверхно-
	пловосприя-			стью и окружающей средой в один
	тия или теп-			градус Цельсия соответственно для
	лоотдачи)			внутренней и наружной поверхностей
3.4	Сопротив-		Rsi	Величина,	обратная	коэффициенту		м2·°С/Вт
	ление теп-		Rse	теплообмена
	лообмену
	(теплоотдаче
	или	тепло-
	восприятию)
3.3	Термичес-		R	Величина,	обратная	поверхностной		м2·°С/Вт
	кое сопроти-			плотности теплового потока, прохо-
	вление слоя			дящего через слой материала ограж-
	ограждаю-			дающей конструкции		при разности
	щей	конст-		температур	на его поверхностях		в
	рукции			один градус Цельсия
3.4	Термиче-		Rk	Сумма термических сопротивлений				м2·°С/Вт
	ское	сопро-		всех слоев материалов ограждающей
	тивление			конструкции
	ограждаю-
	щей	конст-
	рукции
3.5	Сопротив-		R0	Величина, обратная коэффициенту				м2·°С/Вт
	ление	теп-		теплопередачи ограждающей конст-
	лопередаче			рукции
	ограждаю-
	щей	конст-
	рукции
3.6	Приведен-		r	Величина,	обратная	приведенному		м2·°С/Вт
	ное	сопро-	R0	коэффициенту теплопередачи ограж-
	тивление			дающей конструкции
	теплопере-
	даче ограж-
	дающей
	конструк-
	ции
				9

Таблица 2 – Указатель обозначений основных индексов

Обозначение	Расшифровка обозначения
a.l	воздушная прослойка
cal	рассчитанное значение
d	сутки, точка росы
des	проектное значение
ext	наружная среда или ограждение
h	теплота
hor	горизонт
ht	отопление
int	внутренняя среда
k	конструкция
m	элемент ограждающей конструкции
max	максимальное значение
min	минимальное значение
n	нормативное значение
o	нормативное значение, показатель в сухом состоянии
r	приведенное значение
req	требуемое значение
se, si	наружная, внутренняя поверхности соответственно
sum	суммарное значение
t	температура
	температура поверхности
1, 2, 3, ...	порядковая нумерация символа
А, Б	наименование условий эксплуатации

10