Расчет сопротивления теплопередаче ограждения и определение толщины ограждающей конструкции

Ограничение температуры и конденсации влаги на внутренней поверхности ограждающей конструкции

Расчетный температурный перепад D t ₀, °С, между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции не должен превышать нормируемых величин, D t _n °С, установленных в таблице 5 СНиП 23-02-2003, или в табл. П.4 методических указаний и определяется по формуле

D t ₀ = n·(t_int - t_ext) / (R_o · a _int) (6),

где n - то же, что и в формуле (5);
t_int - то же, что и в формуле (1);
t_ext - то же, что и в формуле (5).
R_o - общее сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций, м ·°С/Вт;
a _int - то же, что и в формуле (3).

 

Определение точки росы

Для того чтобы обеспечить необходимые теплозащитные качества и долговечность ограждений, необходимо установить правильный прогноз влажностного их состояния.

Основным источником увлажнения ограждений является конденсационная влага. Во избежание конденсации водяного пара на внутренней поверхности ограждения ее температура t_si должна быть не ниже точки росы t_d, т.е. t _si ³ t_d, где t _si - температура внутренней поверхности, °С, ограждающей конструкции (без теплопроводного включения); t¢_si - температура внутренней поверхности, в °С, ограждающей конструкции по теплопроводному включению;

 

t_si = t_int - [ n ·(t_int - t_ext)]/ (R_o · a_int) (7)

Где, t_int, t_ext, n, a_int, R_o - то же, что и в предыдущих формулах.

 

Температуру внутренней поверхности, t¢_si, °С, ограждающей конструкции по теплопроводному включению (если такие имеются) необходимо определять по формулам (8) и (8а) данных методических указаний. Теплопроводными включениями, или, как их еще называют, «мостиками холода», являются, например, железобетонные ребра крупных стеновых панелей, жесткие и гибкие связи многослойных стен. Для этих мест, т.е. для мест, имеющих конструктивные включения из материалов с относительно большей теплопроводностью, чем основной массив стены, нужно произвести дополнительный расчет температуры:

для неметаллических теплопроводных включений - по формуле

t¢_si = t_int - [ n· (t_int - t_ext )/(R_o^con · a_int )] × [1+ η ·(R_o^con / R¢_o - 1)] (8)

 

для металлических теплопроводных включений - по формуле

t¢_si = t_int - [ n· (t_int - t_ext )/(R_o^con · a_int )] × [1+ ξ· R_o^con· a_int)] (8а),

где: t_int, t_ext, n, a_int, - то же, что и в предыдущих формулах;

R¢_o, R_o^con - сопротивления теплопередаче в ограждающей конструкции, соответственно в местах теплопроводных включений и вне этих мест, определяемые по формуле (3);

η, ξ - коэффициенты, принимаемые по табл. П.9 и П. 10 данных методических указаний. Для определения коэффициентов η и ξ необходимо также определить схему теплопроводного включения по рис. 4.

 

 

Рис. 4. Схемы теплопроводного включения

 

 

ПРИМЕР РАСЧЕТА ТОЧКИ РОСЫ

 

При расчетах ограждения на возможность конденсации влаги на его внутренней поверхности значения относительной влажности в помещениях берутся по максимальной величине допускаемой в них влажности. Относительная влажность воздуха φ, %, представляет собой отношение действительной упругости водяного пара в воздухе е, мм рт.ст., к максимальной его упругости Е, мм рт.ст.:

(9)

При охлаждении воздуха относительная влажность φ будет увеличиваться вследствие уменьшения Е. При некоторой температуре, когда Е станет равным е, относительная влажность φ =100%. Для воздуха данной влажности такая температура и будет являться точкой росы. Для некоторых температур значения E приведены в табл. П.6.

Определим температуру точки росы для помещения с расчетной температурой внутреннего воздуха t_int = 18°С и максимальной влажностью φ max=60%. Пo табл.П.6 находим соответствующее температуре воздуха 18°С значение Е =15.48 мм рт.ст. Из формулы (9) следует, что значение действительной упругости водяного пара при температуре воздуха 18°С

= 15,48 × 0,6 = 9,29 (мм рт.ст.),

по табл. П. 6 находим температуру, для которой упругость водяного пара 9,29 мм рт.ст. является максимальной, т.е. Е = 9,29 мм рт. ст., эта температура и будет температурой точки росы, т.е.

t_d = 10,2 °С

Проверяем выполнимость условия t _si ³ t_d, и t¢ _si ³ t_d. Если это условие выполняется, следовательно, конденсации паров на внутренней поверхности ограждения не будет. Если это условие не выполняется в таком случае необходимо либо увеличить толщину стены или утеплителя либо увеличить внутренний слой внутренней штукатурки, после чего провести ещё раз проверку на выполнение этого условия.

 

 

Оформление теплотехнического расчета в пояснительной записке к курсовым работам, проекту и ВКР

 

Теплотехнический расчет ограждающих конструкций (стенового ограждения, чердачного перекрытия или покрытия) здания является одним из разделов пояснительной записки к курсовым работам и проекту по дисциплинам «Основы архитектуры и строительных конструкций» и «Архитектура зданий», а также к выпускной квалификационной работе. В этом разделе необходимо дать чертеж - схему рассчитываемого наружного ограждения с размерами и описанием всех слоев конструкции. Сам теплотехнический расчет должен быть дан подробно, все величины и параметры, необходимые для расчета, должны быть со ссылками на те нормативные документы и таблицы, откуда они взяты. Компьютерный размер шрифта должен быть 12 или 13. Допускается в компьютерный текст вписывать рукописным способом черными чернилами формулы, условные знаки, а также выполнять рисунки и чертежи вручную. Цифры и буквы необходимо писать четко чертежным шрифтом.

 

 

Рекомендуемая литература:

 

1. Маклакова Т.Г., Нанасова С.М., Шарпенко В.Г., Балакина А.Е. Архитектура – М.: АСВ, 2004

2. Маклакова Т.Г., Нанасова С.М. Конструкции гражданских зданий- М.: АСВ, 2002

3. Шерешевский И. А. Конструирование промышленных зданий / И. А. – М.: Архитектура – С, 2005.

4. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий.

5. СНиП 23-01-99*. Строительная климатология.

6. СНиП 31-01-2003. Здания жилые многоквартирные.

7. СНиП 31-02-2001. Дома жилые одноквартирные.

8. СНиП 31-03-2001. Производственные здания.

9. СНиП 31-06-2009. Общественные здания и сооружения.

 

 

Климатические данные по городам

Таблица П1

Наименование городов	Климати-ческая зона	Зона влаж-ности	Расчет-ная зимняя темпера-тура в °С t ext	Период со среднесуточной температурой ≤10 °С	Средняя глубина промерзания грунтов, hпр
Продолжительность в сутках, zht	Средняя температу-ра в °С tht
1..Амдерма 2. Архангельск 3. Астрахань 4. Барнаул (Алтайский край) 5. Белгород 6. Бийск 7. Братск 8. Витебск 9. Владимир 10. Волгоград 11. Вологда 12. Воронеж 13. Гомель 14. Нижний Новгород 15. Гродно 16. Джанкой 17. Днепропетровск 18. Донецк 19. Евпатория 20. Екатеринбург 21. Житомир 22. Запорожье 23. Иваново 24. Ивано-франковск 25. Илимск 26.Калининград 27. Калуга 28. Каунас 29. Кемерово 30. Киев 31. Кинешма 32. Кишинев 33. Клайпеда 34. Кострома 35. Краснодар 36. Курск 37. Санкт-Петербург 38. Липецк 39. Луцк 40. Минск 41. Иркутск 42. Красноярск 43. Могилев 44. Мончегорск (Мурман.обл) 45. Москва 46. Мурманск 47. Муром 48. Новгород 49. Новосибирск 50. Одесса 51. Омск 52. Онега 53. Орел 54. Оренбург 55. Пенза 56. Пермь 57. Петрозаводск 58. Печора 59. Полтава 60. Псков 61. Ржев 62. Рига 63. Ровно 64.Ростов-на Дону 65. Ртищево 66. Рязань 67. Саранск (Мордовия) 68. Симферополь 69. Стерлитамак 70. Сумы 71. Таганрог 72. Тайшет 73. Тельшай 74. Тернополь (Украина) 75. Тихвин 76. Тогул 77. Тотьма 78. Ужгород 79. Уральск 80. Урюпинск 81. Дмитров (Московская обл.) 82. Кашира (Московская обл.) 83. Усть-Цильма 84. Уфа 85.Ухта 86. Феодосия 87. Харьков (Украина) 88. Херсон 89. Челябинск 90. Череповец 91. Черкассы 92. Чернигов (Украина) 93. Черновцы (Украина) 94. Якутск 95. Ялта 96. Янаул 97. Ярославль	ПА ПА 1УГ 1В   ПВ 1В 1В ПВ ПВ ШВ ПВ ПВ ПВ ШВ   ПВ ШБ   ПВ ШВ ШБ 1В ПВ ШВ ПВ ПВ   1В ПБ ПВ ПВ 1В ПВ ПВ ШВ ПВ ПВ ШБ ПВ ПВ   ПВ ПВ ПВ 1В 1В ПВ ПА   ПВ ПА ПВ ПВ 1В ШБ 1В ПА ПВ ША ПВ 1В ПВ 1Д ПВ ШБ ПВ ПБ ПВ ШВ ШВ ПВ ПВ   ШБ 1В ПВ ШВ 1В ПВ ПВ   ПВ 1В ПВ ШБ ША ШВ ПВ   ПВ   1Б 1В 1Д ШБ   ПВ   ШБ 1В ПВ ПВ ПВ   ПВ   1А ШБ 1В ПВ	В В С С   С С С Н Н С Н С Н Н   Н С   С С С Н Н С Н Н   С Н Н Н С Н Н С Н Н С Н В   Н Н Н С С Н В   Н В Н Н С С С В Н С С Н Н Н С Н Н В Н С С С С   С С Н С С Н Н   В С Н Н С С Н   Н   Н С Н С   С   С С Н С Н   Н   С С С Н	-36 -31 -23 -39   -23 -38 -43 -25 -28 -25 -32 -26 -24 -31   -22 -17   -24 -22 -16 -35 -22 -21 -30 -20   -45 -19 -27 -22 -39 -22 -31 -17 -20 -31 -19 -26 -26   -27 -20 -24 -36 -40 -24 -30   -28 -27 -29 -27 -39 -18 -37 -31 -26 -31 -29 -35 -29 -43 -23 -26 -28 -20 -21 -22 -28 -27 -30   -15 -36 -25 -22 -40 -21 -20   -29 -37 -32 -18 -30 -27 -28   -27   -39 -35 -31 -15   -23   -19 -34 -31 -22 -23   -20   -54 -6 -37 -31		-7.0 -4.4 -1.2 -7.7   -1.9 -7.8 -8.6 -2.1 -3.5 -2.2 -4.1 -3.1 -1.6 -4.1   -0.1 1.5   -0.6 -0.9 2.4 -6.0 -0.8 0.3 -3.9 -0.0   -11.0 1.1 -2.9 -0.5 -8.3 -0.6 -4.1 -0.6 0.4 -3.9 2.0 -2.4 -1.8   3.4 -0.1 -1.6 -8.5 -7.1 -1.9 -4.5   -3.1 -3.2 -4.4 -2.3 -8.7 1.7 -8.4 -4.2 -2.7 -6.3 -4.5 -5.9 -3.1 -8 -1.3 -1.6 -3.5 -0.4 -0.5 -0.6 -4.9 -3.5 -4.5   2.6 -7.1 -1.9 -0.8 -8.3 -0.5 -0.7   -3.1 -8.1 -4.8 1.5 -5.9 -3.9 -3.1   -3.4   -7.0 -6.6 -4.4 3.4   -1.5   1.0 -6.5 -4.3 -1.0 -1.4   -0.0   -20.6 5.1 -6.8 -4.0	2.20 1.80 1.00 2.10   1.20 2.10 2.30 1.10 1.40 1.20 1.60 1.30 1.10 1.60   0.90 0.60   1.00 1.00 0.60 1.90 0.90 1.00 1.40 0.80   2.30 0.80 1.30 1.00 2.20 0.90 1.60 0.70 0.90 1.60 0.70 1.20 1.20   1.30 0.80 1.10 2.10 2.20 1.10 1.90   1.40 1.80 1.60 1.20 2.20 0.70 2.20 1.60 1.20 1.80 1.50 1.90 1.40 2.50 1.00 1.10 1.30 0.90 0.90 0.80 1.50 1.30 1.60   0.60 1.80 1.00 0.90 2.20 0.90 0.80   1.20 2.10 1.40 0.80 1.60 1.20 1.40   1.40   2.20 1.80 1.60 0.60   1.00   0.70 1.8 1.4 0.9 1.0   0.8     0.4 1.9 1.4

 

Примечание - климатические данные по городам Калининградской области см. табл. П.11 и П13

 

Таблица П2

 

РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ТЕПЛОПЕРЕДАЧЕ ОГРАЖДЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЛЩИНЫ ОГРАЖДАЮЩЕЙ КОНСТРУКЦИИ

Исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий внутренней среды, а также из условий энергосбережения общее сопротивление теплопередаче ограждения должно быть не менее требуемого значения R_req т. е. R o≥ R_req, которое определяется по табл. 4 СНиП 23-02-2003 или табл. П3 методических указаний.

 

Для того, чтобы найти по табл. П.З значение R_req необходимо определить градусосутки D_d отопительного периода по формуле (1):

 

D_d = (t_int - t_ht)· z_ht (1),

где t_int - расчетная температура внутреннего воздуха °С, принимаемая по нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений:

- для жилых домов квартирного типа принимается по СНиП 31-01-2003 “Здания жилые многоквартирные” и по СНиП 31-02-2001 «Дома жилые одноквартирные»;

- для производственных помещений по СНиП 31-03-2001“Производственные здания”;

- для помещений общественных зданий по таблицам СНиП 31-06-2009 "Общественные здания и сооружения" или по табл. П.8 методических указаний.

t_ht, z_ht - средняя температура, °С, и продолжительность в сутках отопительного периода со средней суточной температурой воздуха ≤ 10°С по СНиП 23-01-99* «Строительная климатология» или по табл.П.1 данных методических указаний.

Для того чтобы определить общее сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции R_o, необходимо знать термическое сопротивление R, /Вт, каждого слоя многослойной ограждающей конструкции, определяемое по формуле

(2),

где:

δ - толщина слоя, м;

λ - расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/м·ºС, принимаемый по СП 23-101-2004 или по табл. П. 5 методических указаний.

Общее сопротивление теплопередаче R ₀, / , ограждающей конструкции следует определять по формуле

R_o= R_si+ R_k + R_se, (3)

 

где R_si = l/a _int, a _int - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м²×°С), принимаемый по таблице 7 СНиП 23-02-2003;

Для стен, полов, гладких потолков a _int = 8.7 Вт/(м²×°С),

R_se = 1/a _ext, a _ext - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для условий холодного периода, Вт/(м²×°С), принимаемый по таблице 8 СП 23-101-2004;

Для наружных стен, покрытий над проездами и над холодными (без стен) подпольями в Северной строительно-климатической зоне a _ext = 23,0 );

Для чердачных перекрытий и для перекрытий над неотапливаемыми подвалами со световыми проемами в стенах

a _ext = 12,0 );

- термическое сопротивление ограждающей конструкции, )/Вт, определяемое для однослойной конструкции по формуле (2), для многослойной конструкции по формуле (4).

Термическое сопротивление, )/ , ограждающей конструкции с последовательно расположенными однородными слоями следует определять как сумму термических сопротивлений отдельных слоев:

(4)

где - термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, )/ , определяемые по формуле (2), n - количество слоев наружного ограждения.

- термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки: / , принимаемое по - СНиП 23-02-2003 или по табл. П. 7 методических указаний. Найденное расчетное значение толщины ограждающей конструкции стены приводится к ее номинальному значению с учетом размеров стеновых элементов: кирпича, керамических блоков, стеновых панелей и т.д., после чего производится проверка на удовлетворение условий R_o ³ R_req. Если толщина стен получается более 510 мм (2 кирпича), то рекомендуется наружное ограждение проектировать многослойным, вводя в его конструкцию эффективные теплоизоляционные материалы (рис. 1 и 2). Схема расположения слоев чердачного перекрытия и плоского покрытия дана на рис.3.

Для производственных зданий с избытками явной теплоты более 23 Вт/м и зданий, предназначенных для сезонной эксплуатации (осенью или весной), а также зданий с расчетной температурой внутреннего воздуха 12°С и ниже сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций (за исключением светопрозрачных), R_o м ·°С/Вт, следует принимать не менее значений R_req, определяемых по формуле

, R_{req =} n·(t_int - t_ext) / (D t _n · a _int) (5),

 

где n — коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху по таблице 6 СНиП 23-02-2003. Для наружных стен и покрытий (в том числе вентилируемые наружным воздухом), зенитных фонарей, перекрытий чердачных (с кровлей из штучных материалов) и над проездами; перекрытий над холодными (без ограждающих стенок) подпольями в Северной строительно-климатической зоне n=1. Для перекрытий над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом; перекрытий чердачных (с кровлей из рулонных материалов); перекрытий над холодными (с ограждающими стенками) подпольями и холодными этажами в Северной строительно-климатической зоне n=0.9. Для перекрытий над не отапливаемыми подвалами со световыми проемами в стенах n=0.75. Для перекрытий над не отапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенные выше уровня земли n=0.6. Для перекрытий над не отапливаемыми техническими подпольями, расположенных ниже уровня земли n=0.4.

t_int -то же, что и в формуле (1).

t _ext - расчетная зимняя температура наружного воздуха, °С, принимается равной средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по СНиП 23-01-99* "Строительная климатология" или по табл. П. 1 методических указаний.

D t _n - нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемый по табл. 5 СНиП 23-02-2003, или по табл. П.4 данных методических указаний.

a _int - то же, что и в формуле (3).

 

 

Рис.1

1- наружная кирпичная кладка; 2 - воздушная прослойка; 3 - утеплитель; 4 - внутренняя кирпичная кладка.

 

 

 

 

1- кирпичная стена;

2- воздушная прослойка;

3- плитный утеплитель.

Рис. 2

 

 

1-сборная ж. б. плита перекрытия; 2-пароизоляция; 3-утеплителъ; 4-стяжка; 5-рулонный кровельный ковер (для плоского покрытия)
Рис. 3