Теплотехнический расчёт конструкций здания

Расчетные условия:

1.Расчетная температура внутреннего воздуха t_int = 20^oC;

2.Расчетная температура наружного воздуха t_ext = -21^oC;

3.Продолжительность отопительного периода z_ht = 158 сут;

4.Средняя температура наружного воздуха за отопительный период

t_ext = 4,4^oC;

5.Градусосутки отопительного периода D_d = 3018^o C сут;

Функциональное назначение, тип и конструктивное решение здания:

6.Назначение – общественное;

7.Размещение в застройке – отдельностоящее;

8.Тип – 4-этажное;

9.Конструктивное решение – рамно-связевый каркас из монолитного железобетона.

Объемно-планировочные параметры здания

10. Общая площадь наружных ограждающих конструкций здания площадь стен, включающих окна, балконные и входные двери в здание:

A_w+F+ed=P_st ^. H_h ,

где P_st – длина периметра внутренней поверхности наружных стен этажа,

  H_h – высота отапливаемого объема здания.

A_w+F+ed=24,25×20,7*2+60,25×20,7*2=3498,3м²;

Площадь наружных стен A_w,м²(за минусом площади окон и входных дверей), определяется по формуле:

A_w= A_w+F+ed – A _F – A_ed,

где A_F – площадь окон определяется как сумма площадей всей оконных проемов.

Для рассматриваемого здания:

- площадь остекленных поверхностей A _F =1284м²;

- площадь входных дверей A_ed=27,72м².

A_W=3498,3-1284-27,72=2186,28 м².

Площадь покрытия и перекрытия над подвалом равны:

A_c=A_f=24,25*60,25= 1398м².

Площадь типового этажа:

A_st =24,25*60,25= 1398м².

11.Общая площадь наружных ограждающих конструкций:

A_e^sum=A_w+F+ed+A_c+ A_st =3498,3+1398+1398=6294,3м².

12. Площадь отапливаемых помещений (общая площадь A_h,м² и жилая площадь A_r,м²) определяются по проекту:

A_h=1398*4+1398=6990м²; A_r=2032,23м2.

13. Отапливаемый объем здания, м³, вычисляется как произведение площади этажа на высоту (расстояние от пола первого этажа до потолка последнего этажа):

V_h=A_st ^. H_h=1398×20,7=29873,95м²;

14. Показатели объемно-планировочного решения:

-коэффициент остекленности фасадов здания

P=A_F/A_w+F+ed=1284/3498=0,367;

-показатель компактности здания

K_e^des=A_e^sum/V_h=6294/29873,95=0,21.

Теплотехнические показатели

15. Согласно СП 50.13330.2012  приведенное сопротивление теплопередаче наружных ограждений должно приниматься не ниже требуемых значений R₀^req, которые устанавливаются по таблице 1«б» СП 50.13330.2012  в зависимости от градусосуток отопительного периода. Для D_d=3018 ⁰С ^. сут требуемые сопротивления теплопередаче равно для:

- стен R_w^req=1,4 м^{2. 0}С/Вт

- окон и балконных дверей R_f^req=0,35 м^{2. 0}С/Вт

- входных дверей R_ed^req=0,35 м^{2. 0}С/Вт

- покрытие R_c^req=1,7 м^{2. 0}С/Вт

- перекрытия первого этажа R_f=1,95 м^{2. 0}С/Вт

По принятым сопротивлениям теплопередаче определим удельный расход тепловой энергии на отопление здания q^des и сравним его с требуемым удельным расходом тепловой энергии q_h^req, определенным по таблице 3.7 [11].

Если удельный расход тепловой энергии на отопление здания окажется меньше 5% от требуемого, то по принятым сопротивлениям теплопередаче определимся с конструкциями ограждений, характеристиками материалов и толщиной утеплителя.

Если удельный расход тепловой энергии на отопление здания окажется < (>) требуемого значения на 5% и более, то необходим пересмотр приведенных сопротивлений теплопередачи до достижения требуемого условия, но не ниже значений, обеспечивающих санитарно-гигиенические условия.

16. Приведенный трансмиссионный коэффициент теплопередачи здания определяется по формуле:

K_m^tr= b(A_w/R_w^r+ A_F/ R_F^r+A_ed/R_ed+n ^. A_с/R_с^r+n ^. A_f ^. R_f^r)/A_e^sum,

K_m^tr=1,1 (2186/1,4+1284/0,35+27,72/0,35+0,6×1398/ /1,7+0,6×1398/1,95)/6294,3=1,12(Вт/(м^{2. 0}С).

17. Требуемая краткость воздухообмена жилого дома n_a, 1/ч, согласно СП 50.13330.2012, устанавливается из расчета 3м³/ч удаляемого воздуха на 1м² жилых помещений, определяется по формуле:

n_a=3 ^. A_r/(b_v ^. V_h)=3 ^. 1398*4/(0,85х29873,95)=0,66(1/ч),

где A_r – жилая площадь, м²;

    b_v – коэффициент, учитывающий долю внутренних ограждающих конструкций в отапливаемом объеме здания, принимаемый равным 0,85;

    V_h – отапливаемый объем здания, м³.

18.Приведенный инфильтрационный (условный) коэффициент теплопередачи здания определяется по формуле:

K_m^inf=0,28 ^. c ^. n_a ^. b_V ^. V_h ^. g_a^{ht .} k/A_e^sum,

K_m^inf=0,28×0,66×0,85×29873,95×1,272×0,8/6294=0,747(Вт/(м^{2. 0}С).

где с – удельная теплоемкость воздуха, равная 1кДж/(кг ^{. 0}С),

b_V – коэффициент снижения объема воздуха в здании, учитывающий наличие внутренних ограждающих конструкций, при отсутствии данных принимать равным 0,85;

    V_h – отапливаемый объем здания;

    g_a^ht – средняя плотность наружного воздуха за отопительный период, равный 353/(273+4,4)=1,272

k – коэффициент учета влияния встречного теплового потока в конструкциях, 0,8 – для окон и балконных дверей;

A_e^sum – общая площадь наружных ограждающих конструкций, включая покрытие и перекрытие пола первого этажа;

19. Общий коэффициент теплопередачи, Вт/(м^{2. 0}С), определяемый по формуле:

K_m=K_m^tr+K_m^inf=1,12+0,747=1,867(Вт/(м^{2. 0}С).

Теплоэнергетические показатели

20. Общие теплопотери через ограждающую оболочку здания за отопительный период Q_h, МДж, определяют по формуле:

Q_h=0,084 ^. K_m ^. D_d ^. A_e^sum,

Q_h=0,084×1,867×3018×6294,3=2883394,81(МДж).

21. Удельные бытовые тепловыделения q_int, Вт/м², следует устанавливать исходя из расчетного удельного электро- и газопотребления здания, но не менее 10Вт/м². Принимаем 14Вт/м².

22. Бытовые теплопоступления в здание за отопительный период, МДж:

Q_int=0,0864 ^. q_int ^. Z_ht ^. A _l =0,0864 ^. 14 ^. 158 ^. 1398*4=1068725,15(МДж).

23. Теплопоступление окна от солнечной радиации за отопительный период определяется по формуле:

Q_s=t_F ^. k_F ^. (A_F1I₁+ A_F2I₂+ A_F3I₃+A_F4I₄)=

=0,9×0,9 (1257*357+3,84*539+3,84*539+19,32*974)=471706,2(МДж);

t_F=0,9-коэфф,учитывающий затенение светового проема (табл.3.8 (1))

k_F=0,9-коэфф. относительного проникания солнечной радиации на вертик. поверхности соответственно ориентированные по сторонам горизонта (таблица 3.8 (1)) [6], I₁=357МДж/м² с ориентацией на С

                                  I₂=539МДж/м² с ориентацией на З

                                   I₃=539МДж/м² с ориентацией на В

                                    I₄=974МДж/м² с ориентацией на Ю

24. Потребность в тепловой энергии на отопление здания за отопительный период, МДж, составляет:

Q_h^y=[Q_h– (Q_int+Q_s) ^. V] ^. b_h,

Q_h^y=[2883394,81–(1068725,15+471706,2) ^. 0,8] ^. 1,11=1816154,71(МДж).

25. Удельный расход тепловой энергии на отопление здания q_h^des, кДж/(м^{2. 0}С ^. сут) определяется по формуле:

q_h^des=10^3. Q_h^y/A_h ^. D_d,

q_h^des=2781693,13×10³/(6990×3018)=83,09(кДж/(м^{2. 0}С ^. сут).

26. Расчетный коэффициент энергетической эффективности системы отопления и централизованного теплоснабжения здания от источника теплоты принимаем h₀^des=0,5, так как здание отапливается за счет индивидуальной котельной.

27. Требуемый удельный расход тепловой энергии системой теплоснабжения на отопление здания принимается по таблице 3.7(1) – для 4-этажного здания равен 80 кДж/(м^{2. 0}С ^. сут).

q_h^des= 83,09 (кДж/(м^{2. 0}С ^. сут), при требуемом q_h^req= 80 кДж/(м^{2. 0}С ^. сут),что не превышает допустимую разницу в 5 %.

Теплотехнический расчет стены

Характеристики материалов:

1. Вентилируемый фасад;

- плотность g=1800кг/м³,

- коэффициент теплопроводности l_А=0,35Вт/(м ^{. 0}С).

2. Утеплитель- плиты жесткие минераловатные Фасад Баттс(ТУ 5762-002-45757203-99);

- плотность g=125кг/м³,

- коэффициент теплопроводности l_А=0,06Вт/(м ^{. 0}С).

3. Глиняный кирпич;

- плотность g=1800кг/м³,

- коэффициент теплопроводности l_А=0,7Вт/(м ^{. 0}С).

Рисунок 5.1 - Схема стены

Так как для градусосуток Dd = 3018 R₀треб =1,4 м2×0С/Вт, тогда:

R₀ =

1,4 = 0,537+d_ут /0,06

d_ут = (1,4-0,537)×0,06=0,049 ≈0,05        

 Принимаем толщину утеплителя d_ут=50мм

 

Теплотехнический расчет совмещенного покрытия

1. Кровельный ковер – 2 слоя Термопласта (ЭПП,ЭКГ)

- плотность g=600кг/м³,

- коэффициент теплопроводности l_А=0,17Вт/(м ^{. 0}С).

2. Утеплитель- плиты жесткие минераловатные

- плотность g=100 кг/м³,

- коэффициент теплопроводности l_А=0,08Вт/(м ^{. 0}С)

3. Стяжка:

- плотность g=1800кг/м³,

- коэффициент теплопроводности l_А=0,93 Вт/(м ^{. 0}С).

4. Железобетонная плита перекрытия:

- плотность g=2500 кг/м³,

- коэффициент теплопроводности l_А=2,04 Вт/(м ^{. 0}С).

            

Рисунок 5.2 Компоновка покрытия

Сопротивление теплопередаче:

R₀ =

1,9 = 0,495+d_ут /0,08

d_ут = 150 мм        

Принимаем толщину утеплителя d_ут= 150 мм.

Теплотехнический расчет перекрытия 1-го этажа

1. Керамическая плитка; 5мм

- плотность g=1800кг/м³,                                             

- коэффициент теплопроводности l_А=0,7Вт/(м ^{. 0}С).

2. Цементно-песчаная стяжка: 100 мм

- плотность g=1800кг/м³,                                             

- коэффициент теплопроводности l_А=0,93Вт/(м ^{. 0}С).

3. Железобетонная плита:

- плотность g=2500кг/м³,

- коэффициент теплопроводности l_А=2,04Вт/(м ^{. 0}С).

4. Утеплитель- керамзит

- плотность g=400кг/м³,

- коэффициент теплопроводности l_А=0,13Вт/(м ^{. 0}С)

  

 

Рисунок 5.3 - Компоновка перекрытия

Сопротивление теплопередаче:

R₀ =

1,95 = 0,345+d_ут /0,08

d_ут = 0,205м        

Принимаем толщину утеплителя d_ут=210мм

Конструктивное решение

Конструктивная схема здания – монолитный железобетонный 4-х этажный рамно-связевый каркас с монолитными перекрытиями.

Пространственная жесткость и устойчивость зданий обеспечивается совместной работой колонн, стен, объединенных монолитными дисками перекрытия и покрытия в единую пространственную систему. 

Конструирование несущих элементов и узлов их сопряжения предусмотрено в соответствии с конструктивным расчетом здания и с учетом требований строительных норм и правил проектирования для строительства в сейсмических районах:

- СП 14.13330.2011 * «Строительство в сейсмических районах»;

- СНКК 22-301-2000 «Строительство в сейсмических районах Краснодарского края».

В качестве фундамента применяются железобетонные висячие сваи длиной 8м. Кусты свай соединяются в столбчатом ростверке.

Перекрытия - монолитные балочные, толщина перекрытия - 200 мм, размер балок 500x600 мм, при этом арматура балок входит в перекрытие и бетонирование балок и плиты перекрытия выполняется одновременно. Шахты лифтов, лестничный узел выполняются из монолитного железобетона. При этом армирование шахты лифта принято как для жесткого ядра, воспринимающего сейсмическую нагрузку. Размещение железобетонных диафрагм в плане принято исходя из расчета форм собственных колебаний, в результате чего для первых двух форм колебаний характерно поступательное движение здания вдоль основных осей, для третьей формы колебаний – вращательное [22].

В качестве наружного заполнения в проекте предусмотрена кирпичная кладка. Между поверхностями стен и колонн каркаса предусмотрен зазор не менее 20 мм, кладка имеет гибкие связи с каркасом, не препятствующие горизонтальным смещениям каркаса вдоль стен [21].

Кровля плоская с внутренним водоотведением в ливневую канализацию.

Инженерное оборудование

Отопление

Теплоснабжение здания осуществить от собственной котельной, работающей на природном газе. Теплоноситель в системах отопления и теплоснабжения приточных установок - вода с параметрами 80-60 С.

Система отопления здания комбинированная. Для отопления торговых залов магазинов и офисов 3-4 этажей в помещениях установлены фанкойлы (режим тепло-холод). Система отопления бытовых и вспомогательных помещений двухтрубная горизонтальная регулируемая. В качестве нагревательных приборов используются:

- стальные панельные радиаторы «PURMO» (санузлы и бытовые помещения);

- радиаторы «МС-140» (насосная, мастерская мелкого ремонта, помещение приемщиков);

- регистры из гладких труб (электрощитовая, зарядная).

Регулирование теплоотдачи нагревательными приборами обеспечивается радиаторными терморегуляторами фирмы «Danfoss». Трубопроводы систем отопления приняты из полиэтиленовых труб «Rehau». В высших точках систем отопления устанавливаются автоматические воздухоотводчики, на приборах отопления - воздушные краны. В нижних точках для спуска теплоносителя предусмотрен дренаж. На ветках отопительных систем установлены балансировочные клапаны. Магистральные трубопроводы систем отопления и теплоснабжения приточных установок, а так же стояки систем отопления и теплоснабжения здания выполняются из стальных водогазопроводных труб по ГОСТ 3262-75*. Все трубопроводы теплоизолированы трубной изоляцией «Энергофлекс».

 

Трубопроводы в местах пересечения перекрытий, внутренних стен и перегородок прокладываются в гильзах из негорючих материалов. Края гильз выполнить на одном уровне с поверхностью стен, перегородок и потолков, на 30мм выше поверхности чистого пола.

Вентиляция

Вентиляция здания приточно-вытяжная с механическим и естественным побуждением. Воздухообмены для различных групп помещений приняты:

 - в магазинах по санитарной норме наружного воздуха на 1 человека (20 м 3 /час);

 - кабинеты из условия подачи минимального количества наружного воздуха 20 м3/час на человека;

 - зала совещаний из условия подачи минимального количества наружного воздуха 20 м3/час на человека;

    Системы вентиляции приняты раздельные для каждого этажа.

    Оборудование систем приточно-вытяжной вентиляции размещается за подвесными потолками поэтажных коридоров и в венткамерах. В местах пересечения противопожарных преград устанавливаются огнезадерживающие клапаны.

Воздух, перед подачей в помещения очищается в фильтрах, нагревается или охлаждается до нормативной температуры в калориферах и охладителях приточных установок. Вентиляция санузлов магазинов, офисов – с механическим побуждением канальными вентиляторами, размещаемыми за подвесными потолками помещений.

Воздуховоды систем приточно-вытяжной вентиляции приняты из тонколистовой оцинкованной стали по ГОСТ 14918-98*. Транзитные воздуховоды вытяжных систем выполнить с пределом огнестойкости 0.5 часа (состав огнезащитный вспенивающийся СГК-1 б=2.5мм). На входах в здание предусмотрена установка электрических воздушно-тепловых завес.

      5.5.3 Водоснабжение и канализация

Рабочие чертежи разработаны в соответствии с действующими нормами, правилами и стандартами.

Строительство и монтаж сетей водопровода и канализации вести согласно СП 73.13330.2012  "Внутренние санитарно-технические согласно СП 73.13330.2012  "Внутренние санитарно-технические системы".

Крепление трубопроводов водоснабжения к строительным конструкциям выполнить в соответствии с серией 4.904-69. Жесткая заделка труб в фундаменте здания не допускается. Отверстия для пропуска труб должны иметь размеры, обеспечивающие в кладке зазор вокруг трубы не менее 0,2 м. Зазор заполнить плотным эластичным водо- и газонепроницаемым материалом.

Стыковые соединения раструбных труб должны обеспечить компенсацию возможных просадок, для чего применять резиновые уплотнительные кольца. Для уменьшения усилий в трубопроводах, вызванных перемещениями конструкций зданий вследствие усадки, следует применить компенсирующие устройства.

При выполнении строительно-монтажных работ необходимо составить акты освидетельствования на следующие скрытые работы:

- устройство выпусков канализации;

- прокладка труб канализации под полом 1-го этажа;

- выполнение стыковых соединений и величины зазоров.

   5.5.4. Электроснабжение

Распределение электропитания осуществляется от силовых щитов (ЩР1,-,ЩР5) 380/ 220В. Силовые щиты комплектуются автоматическими выключателями фирмы Schneider Electric серии Multi9 в соответствие с расчетной мощностью и расчетов токов короткого замыкания. В электрощитах используются выключатели с комбинированными расцепителями и имеют отключающий механизм, обеспечивающий отключение с выдержкой времени потоку перегрузки и быстродействующее электромагнитное отключение для защиты от токов короткого замыкания. При производстве монтажных работ обратить внимание на надежность крепления щитков, щитов, трубных проводок. В местах присоединения питающих, распределительных и групповых линий организовать запас проводов и кабелей 0,3м. Все электрооборудование должно иметь сертификаты соответствия ГОСТ Р и может быть заменено на оборудование с аналогичными характеристиками.

Проект предусматривает общее равномерное освещение помещений на напряжение 220В. Светильники выбраны в зависимости от характеристики окружающей среды и назначения помещений типа с люминесцентными лампами.

В соответствии с защитными мерами по электробезопасности однофазная электропитающая сеть проектируется 3-х проводной с одинаковым сечением жил. Шина PE силовых щитов подключаются к заземляющей шине здания. Нулевые проводники N подключаются к отдельным шинам на групповых щитках.