Теплотехнический расчёт чердачного перекрытия

1. Введение:

Расчет произведен в соответствии с требованиями следующих нормативных документов:

СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий.

СНиП 23-01-99 Строительная климатология.

СП 23-101-2004 Проектирование тепловой защиты зданий

2. Исходные данные:

Район строительства: Новосибирск

Относительная влажность воздуха: φ_int=55%

Тип здания или помещения: Жилые

Вид ограждающей конструкции: Перекрытия чердачные (с кровлей из штучных материалов)

Расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания: t_int=20°C

3. Расчет:

Согласно таблицы 1 СНиП 23-02-2003 при температуре внутреннего воздуха здания t_int=20°C и относительной влажности воздуха φ_int=55% влажностный режим помещения устанавливается, как нормальный.

Определим требуемое сопротивление теплопередаче R_req исходя из санитарно-гигиенических условий (п. 5.1 б) СНиП 23-02-2003 согласно формуле:

R_req=n(t_int-t_ext)/(Δt_n·α_int)

где t_int-расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания,°C

t_int=20°C

t_ext-расчетная средняя температура наружного воздуха,°C принимаемая согласно таблицы 1 СНиП 23-01-99

t_ext= -39 °C для населенного пункта - Новосибирск

n- коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху и приведенный в таблице 6 СНиП 23-02-2003

n=1 - согласно п.1 таблицы 6 СНиП 23-02-2003 для перекрытий чердачный (с кровлей из штучных материалов)

α_int- коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м·°С), принимаемый по таблице 7 СНиП 23-02-2003

α_int=8.7 Вт/(м·°С) согласно п.1 таблицы 7 СНиП 23-02-2003

Δt_n- нормативный температурный перепад,°C принимаемый согласно таблицы 5 СНиП 23-02-2003

Δt_n=3 °C согласно п.1 таблицы 5 СНиП 23-02-2003

Тогда

R_req=1(20-(-39))/(3·8.7)=2.26м²°С/Вт

Определим требуемое проведённое сопротивление теплопередаче R_req исходя из нормативных требований к приведенному сопротивлению теплопередаче(п. 5.1 а) СНиП 23-02-2003 согласно формуле:

R_req=aD_d+b

где а и b - коэффициенты, значения которых следует приниматься по данным таблицы 4 СНиП 23-02-2003 для соответствующих групп зданий.

Так для ограждающей конструкции вида- перекрытия чердачные (с кровлей из штучных материалов) и типа здания -жилые а =0.00045; b =1.9

Определим градусо-сутки отопительного периода D_b, ⁰С·сут по формуле (2) СНиП 23-02-2003

D_b=(t_int-t_ht)z_ht

где t_int-расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания,°C

t_int=20°C

t_ht-средняя температура наружного воздуха,°C принимаемые по таблице 1 СНиП 23-01-99 для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более8 °С для типа здания - жилые

t_ht=-8.7 °С

z_ht-продолжительность, сут., отопительного периода принимаемые по таблице 1 СНиП 23-01-99 для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более 8 °С для типа здания - жилые

z_ht=230 сут.

Тогда

D_b=(20-(-8.7))230=6601 °С·сут

По формуле (1) СНиП 23-02-2003 определяем требуемое сопротивление теплопередачи R_req (м²·°С/Вт).

Тогда

R_req=0.00045·6601+1.9=4.87м²°С/Вт

Поскольку произведен расчет удельного расхода тепловой энергии на отопление здания то сопротивление теплопередаче R_req может быть меньше нормируемого,но не меньше R_minопределяемого согласно п.5.13 СНиП 23-02-2003

R_min=R_req0.8

R_min=3.9м²·°С/Вт

К расчету принято большее из требуемых сопротивлений теплопередаче, равное 3.9 м²·°С/Вт

Поскольку населенный пункт Новосибирск относится к зоне влажности - сухой, при этом влажностный режим помещения - нормальный, то в соответствии с таблицей 2 СНиП 23-02-2003 теплотехнические характеристики материалов ограждающих конструкций будут приняты, как для условий эксплуатации A.

Схема конструкции ограждающей конструкции показана на рисунке

1.Раствор цементно-песчаный, толщина δ₁=0.05м, коэффициент теплопроводности λ_А1=0.76Вт/(м°С), паропроницаемость μ₁=0.09мг/(м·ч·Па)

2.Пенополистирол ГОСТ 15588 (p=40кг/м.куб), толщина δ₂=0.17м, коэффициент теплопроводности λ_А2=0.041Вт/(м°С), паропроницаемость μ₂=0.05мг/(м·ч·Па)

3.Рубероид (ГОСТ 10923), толщина δ₃=0.004м, коэффициент теплопроводности λ_А3=0.17Вт/(м°С), паропроницаемость μ₃=1мг/(м·ч·Па)

4.Железобетон (ГОСТ 26633), толщина δ₄=0.22м, коэффициент теплопроводности λ_А4=1.92Вт/(м°С), паропроницаемость μ₄=0.03мг/(м·ч·Па)

Условное сопротивление теплопередаче R₀, (м2°С/Вт) определим по формуле 8 СП 23-101-2004:

R₀=1/α_int+δ_n/λ_n+1/α_ext

где α_int - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м²°С), принимаемый по таблице 7 СНиП 23-02-2003

α_int=8.7 Вт/(м²°С)

α_ext - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкций для условий холодного периода, принимаемый по таблице 8 СП 23-101-2004

α_ext=12 -согласно п.3 таблицы 8 СП 23-101-2004 для перекрытий чердачный (с кровлей из штучных материалов).

R₀=1/8.7+0.05/0.76+0.17/0.041+0.004/0.17+0.22/1.92+1/12

R₀=4.55м²°С/Вт

Приведенное сопротивление теплопередаче R₀^r, (м²°С/Вт) определим по формуле 11 СП 23-101-2004:

R₀^r=R₀ · r

r -коэффициент теплотехнической однородности ограждающей конструкции, учитывающий влияние стыков, откосов проемов, обрамляющих ребер, гибких связей и других теплопроводных включений

r =0.92

Тогда

R₀^r=4.55·0.92=4.19м²·°С/Вт

Вывод: величина приведённого сопротивления теплопередаче R₀^r больше требуемого R_min(4.19>3.9) следовательно, представленная ограждающая конструкция соответствует требованиям по теплопередаче.

Расчет паропроницаемости:

Согласно СНиП 23-02 (п. 9.1, примечание 3) плоскость возможной конденсации в многослойной конструкции совпадает с наружной поверхностью утеплителя т.е. слоя № 2 Пенополистирол ГОСТ 15588 (p=40кг/м³)

Определим паропроницаемостьR_vp, м2·ч·Па/мг, ограждающей конструкции (в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации)

R_vp=0.22/0.03+0.004/1+0.17/0.05=10.74м2·ч·Па/мг

Сопротивление паропроницаниюR_vp, м2·ч·Па/мг, должно быть не менее нормируемых сопротивлений паропроницанию, определяемых по формулам (16) и (17) СНиП 23-02-2003, приведенных соответственно ниже:

R_vp1^req = (e_int - E)R_vp^e/(E - e_ext);

R_vp2^req = 0,0024z₀(e_int - E₀)/(p_wδ_wΔw_av + η),

где e_int - парциальное давление водяного пара внутреннего воздуха, Па, при расчетной температуре и относительной влажности этого воздуха, определяемое по формуле 18 СНиП 23-02-2003

е_int = (φ_int/100)*E_int

E_int - парциальное давление насыщенного водяного пара, Па, при температуре t_int принимается по приложению С СП 23-101-2004: при t_int = 20°С E_int = 2338Тогда

e_int=(55/100)×2338=1286Па

Е - парциальное давление водяного пара, Па, в плоскости возможной конденсации за годовой период эксплуатации, определяемое по формуле Е = (Е₁z₁ + E₂z₂ + E₃z₃)/12,

где E₁, Е₂, Е₃ - парциальные давления водяного пара, Па, принимаемые по температуре t_i, в плоскости возможной конденсации, определяемой при средней температуре наружного воздуха соответственно зимнего, весенне-осеннего и летнего периодов; z₁, z₂, z₃, - продолжительность, мес, соответственно зимнего, весенне-осеннего и летнего периодов, определяемая с учетом следующих условий:

а) к зимнему периоду относятся месяцы со средними температурами наружного воздуха ниже минус 5 °С;

б) к весенне-осеннему периоду относятся месяцы со средними температурами наружного воздуха от минус 5 до плюс 5 °С;

в) к летнему периоду относятся месяцы со средними температурами наружного воздуха выше плюс 5 °С.

Для определения t_i определим ∑R-термическое сопротивление слоя ограждения в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации

∑R=0.17/0.041+0.004/0.17+0.22/1.92+1/8.7=4.4м²·°С/Вт

Установим для периодов их продолжительность z_i, сут, среднюю температуру t _i, °С, согласно СНиП 23-01-99* и рассчитаем соответствующую температуру в плоскости возможной конденсации t_i, °С, по формуле (Э.5) СП 23-101-2004 для климатических условий населенного пункта Новосибирск: зима (январь,февраль,март,ноябрь,декабрь)

z₁=5мес

t₁ =[(-18.8)+(-17.3)+(-10.1)+(-9.2)+(-16.5)]/5=-14.4°С

t₁=20-(20-(-14.4))4.4/4.55=-13.3°С

: весна-осень (апрель, октябрь)

z₂=2мес;

t₂ =[(1.5)+(1.9)]/2=1.7°С

t₂=20-(20-(1.7))4.4/4.55=2.3°С

: лето (май,июнь,июль,август,сентябрь)

z₃=5мес;

t₃ =[(10.3)+(16.7)+(19)+(15.8)+(10.1)]/5=14.4°С

t₃=20-(20-(14.4))4.4/4.55=14.6°С

По температурам(t₁,t₂,t₃) для соответствующих периодов года определим по приложению С СП 23-101-2004 парциальные давления(Е₁, Е₂, Е₃) водяного пара E₁=193 Па,E₂=721.2 Па,E₃=1662.6 Па,

Определим парциальное давление водяного пара Е, Па, в плоскости возможной конденсации за годовой период эксплуатации ограждающей конструкции для соответствующих продолжительностей периодов z₁,z₂,z₃

E=(193·5+721.2·2+1662.6·5)/12=893.4Па.

Сопротивление паропроницанию R_vp^e, м²·ч·Па/мг, части ограждающей конструкции, расположенной между наружной поверхностью и плоскостью возможной конденсации, определяется по формуле(79) СП 23-101-2004

R_vp^e=0.05/0.09=0.56м²·ч·Па/мг

Среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха e_ext, Па, за годовой период определяется по СНиП 23-01-99(таблица 5а)

е_ext=(140+150+260+500+730+1230+1560+1340+920+550+300+180)/12=655Па

По формуле (16) СНиП 23-02-2003 определим нормируемое сопротивление паропроницанию из условия недопустимости накопления влаги за годовой период эксплуатации согласно п.9.1а

R_vp1^req=(1286-893.4)0.56/(893.4-655)=0.92м2·ч·Па/мг

Для расчета нормируемого сопротивления паропроницанию R_vp2^req из условия ограничения влаги за период с отрицательными средними месячными температурами наружного воздуха берем определенную по таблице 5 СНиП 23-01-99 продолжительность этого периода z₀, сут, среднюю температуру этого периода t₀, °C: z₀ =151сут, t₀=-14.4⁰C

Температуру t₀, °С, в плоскости возможной конденсации для этого периода определяют по формуле (80) СП 23-101-2004

t₀=20-(20-(-14.4))·4.4/4.55=-13.3°С

Парциальное давление водяного пара Е₀, Па, в плоскости возможной конденсации определяют по приложению  СП 23-101-2004 при t₀ =-13.3°С равным Е₀ =193Па

Согласно СНиП 23-02-2003 в многослойной ограждающей конструкции увлажняемым слоем является утеплитель, в данном расчете Пенополистирол ГОСТ 15588 (p=40кг/м.куб). Предельно допустимое приращение расчетного массового отношения влаги в этом материале согласно СНиП 23-02-2003 Δw_av =25%.Средняя упругость водяного пара наружного воздуха периода месяцев с отрицательными средними месячными температурами, для t₀=-14.4°С, согласно приложению С СП 23-101-2004 равна e_0ext=175 Па.

Коэффициент η определяется по формуле (20) СНиП 23-02-2003.

η=0.0024(193-175)151/0.56=11.6

Определим R_vp2^req по формуле (17) СНиП 23-02-2003

R_vp2^req=0.0024·151(1286-193)/(40·0.17·25+11.6)=2.18 м2·ч·Па/мг.

Условие паропроницаемости выполняются R_vp>R_vp1^req (10.74>0.92), R_vp>R_vp2^req (10.74>2.18)

Расчет кровли

Кровельный материал Металлочерепица

Ширина основания крыши без учета свеса.

Ширина основания A1    1404 см

Длина основания D 3902 см

Ширина заложения A2 660 см

Высота подъема B  350 см

Длина свеса C 70 cм

Шаг боковых стропил 80 cм

Шаг вальмовых стропил 80 cм

Сорт древесины для стропил 2 сорт

Ширина доски обрешетки 100 мм

Толщина доски обрешетки 30 мм

Расстояние между досок обрешетки 350 мм

Регион из расчета снеговой нагрузки 4 (260/168 кг/м²)

Вальмовая крыша

Расчеты

Крыша               

Угол наклона боковых стропил

Угол наклона подходит для данного материала. 26,5 градусов.

Угол наклона вальмовых стропил

Угол наклона подходит для данного материала. 27,94 градусов.

Площадь поверхности крыши  694.46   м².

Примерный вес кровельного материала    4166,75 кг.

Количество рубероида с нахлестом 10%   50,9 рулонов.

Стропила (на всю крышу)            

Длина боковых стропил 854 см.

Длина вальмовых стропил в самой высокой точке 817 см.

Длина диагональных (накосных) стропил 1102 см.

Рекомендуемое сечение боковых стропил при шаге 80 см.

и длине 784 см. в пролете,

а так же диагональных (накосных) стропил

(Для региона со снеговой нагрузкой 240 кг/м²)  70 x 230; 80 x 220; 100 x 200 мм.

Рекомендуемое сечение вальмовых стропил при шаге 80 см.

и длине 747 см  в пролете

(Для региона со снеговой нагрузкой 240 кг/м²)  70 x 230; 80 x 220; 100 x 200 мм.

Количество боковых стропил 100 шт.

Количество вальмовых стропил 38 шт.

Объем бруса для боковых и диагональных стропил 14,47 м^3.

Объем бруса для вальмовых стропил   5 м³.

Примерный вес стропил 8953,72 кг.

Обрешетка (на всю крышу)          

Количество рядов обрешетки 176 рядов.

Количество досок обрешетки стандартной длиной 6 метров 1145 шт.

Объем досок обрешетки 20.61 м³.

Примерный вес обрешетки 9480,6 кг.