Теплотехнический расчет ограждающих стен

Проектирование зданий и сооружений осуществляется с учетом требований к ограждающим конструкциям, приведенных в нормативных документах, в целях обеспечения:

  • заданных параметров микроклимата, необходимых для жизнедеятельности людей и работы технологического или бытового оборудования;
  • тепловой защиты;
  • защиты от переувлажнения ограждающих конструкций;
  • эффективности расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию;
  • необходимой надежности и долговечности конструкций.

Долговечность ограждающих конструкций обеспечивается применением материалов, имеющих надлежащую стойкость: морозостойкость, влагостойкость, биостойкость, коррозионную стойкость, стойкость к температурным воздействиям, в том числе циклическим, к другим разрушительным воздействиям окружающей среды.

В нормах устанавливают требования к:

  • приведенному сопротивлению теплопередаче ограждающих конструкций здания;
  • удельной теплозащитной характеристике здания;
  • ограничению минимальной температуры и недопущению конденсации влаги на внутренней поверхности ограждающих конструкций в холодный период года, за исключением светопрозрачных конструкций с вертикальным остеклением (с углом наклона заполнений к горизонту 45° и более);
  • теплоустойчивости ограждающих конструкций в теплый период года;
  • воздухопроницаемости ограждающих конструкций;
  • влажностному состоянию ограждающих конструкций;
  • теплоусвоению поверхности полов;
  • расходу тепловой энергии на отопление и вентиляцию зданий.

Теплозащитная оболочка здания должна отвечать следующим требованиям:

а) приведенное сопротивление теплопередаче отдельных ограждающих конструкций должно быть не меньше нормируемых значений (поэлементные требования);

б) удельная теплозащитная характеристика здания должна быть не больше нормируемого значения (комплексное требование);

в) температура на внутренних поверхностях ограждающих конструкций должна быть не ниже минимально допустимых значений (санитарно-гигиеническое требование).

Требования тепловой защиты здания будут выполнены при одновременном выполнении требований а), б) и в).

 

Нормируемое значение приведенного сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции, СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003, (м·°С)/Вт, следует определять по формуле

СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003,

где — базовое значение требуемого сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции, м·°С/Вт, следует принимать в зависимости от градусо-суток отопительного периода, (СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003), °С·сут/год, региона строительства и определять по таблице 3;

— коэффициент, учитывающий особенности региона строительства. В расчете по формуле (5.1) принимается равным 1. Допускается снижение значения коэффициента в случае, если при выполнении расчета удельной характеристики расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания по методике приложения Г СП 50.13330.2012 выполняются требования п.10.1 к данной удельной характеристике. Значения коэффициента при этом должны быть не менее: 0,63 — для стен, 0,95 — для светопрозрачных конструкций, 0,8 — для остальных ограждающих конструкций.

Градусо-сутки отопительного периода, °С·сут/год, определяют по формуле

СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003,

 

где , — средняя температура наружного воздуха, °С, и продолжительность, сут/год, отопительного периода, принимаемые по своду правил для периода со среднесуточной температурой наружного воздуха не более 8 °С, а при проектировании лечебно-профилактических, детских учреждений и домов-интернатов для престарелых не более 10 °С;

— расчетная температура внутреннего воздуха здания, °С, принимаемая при расчете ограждающих конструкций групп зданий указанных в таблице 3: по поз.1 — по минимальным значениям оптимальной температуры соответствующих зданий по ГОСТ 30494 (в интервале 20-22 °С); по поз.2 — согласно классификации помещений и минимальных значений оптимальной температуры по ГОСТ 30494 (в интервале 16-21 °С); по поз.3 — по нормам проектирования соответствующих зданий.

 

Ниже приведем пример расчета сопротивления теплопередачи конструкции состоящий из двух слоев: газо-силикатных блоков, толщиной 400 мм, марки D400 и облицовочного кирпича, толщиной 120 мм.

 

Исходные данные

Солнечная радиация:

(Европейская территория России; Москва):

  • Средняя за отопительный период величина солнечной радиации на горизонтальную поверхность Ihor = 1162 МДж/м 2;
  • Средняя за отопит. период величина солнечной радиации на вертик. поверхности с северо-восточной ориентацией IСВ = 654 МДж/м 2;
  • Средняя за отопит. период величина солнечной радиации на вертик. поверхности с юго-западной ориентацией IЮЗ = 1164 МДж/м 2;
  • Средняя за отопит. период величина солнечной радиации на вертик. поверхности с северо-восточной ориентацией IСЗ = 653 МДж/м 2;
  • Средняя за отопит. период величина солнечной радиации на вертик. поверхности с юго-восточной ориентацией IЮВ = 1161 МДж/м 2;
  • Средняя за отопит. период величина солнечной радиации на вертик. поверхности с северной ориентацией IС = 627 МДж/м 2;
  • Средняя за отопит. период величина солнечной радиации на вертик. поверхности с южной ориентацией IЮ = 1300 МДж/м 2;
  • Средняя за отопит. период величина солнечной радиации на вертик. поверхности с западной ориентацией IЗ = 862 МДж/м 2;
  • Средняя за отопит. период величина солнечной радиации на вертик. поверхности с восточной ориентацией IВ = 855 МДж/м 2;

Воздух внутри помещения:

  • Относительная влажность воздуха внутри помещения fint = 55 %;
  • Расчетная температура внутреннего воздуха tint = 20 °С;

Толщины слоев многослойных конструкций:

  • Толщина 1-го слоя d1 = 40 см = 40 / 100 = 0,4 м;
  • Толщина 2-го слоя d2 = 12 см = 12 / 100 = 0,12 м;

Теплотехнические показатели слоя 1:
(Зона влажности — Нормальная; Условия эксплуатации — Б; Теплотехнические показатели — Газо- и пенобетон, газо- и пеносиликат; плотность 400 кг/м3; Вид материала — бетоны и растворы):

  • Плотность материала в сухом состоянии слоя 1 ro1 = 400 кг/м 3;
  • Расчетный коэффициент теплопроводности слоя 1 l1 = 0,15 Вт/(м°С);
  • Расчетный коэффициент теплоусвоения слоя 1 s1 = 2,42 Вт/(кв.м · °С);
  • Расчетный коэффициент паропроницаемости слоя 1 m1 = 0,23 мг/(м ч Па);

Теплотехнические показатели слоя 2:
(Зона влажности — Нормальная; Условия эксплуатации — Б; Теплотехнические показатели — Кладка из керамического пустотного кирпича на цементно-песчаном растворе; плотность 1200 кг/м3; Вид материала — кирпичная кладка):

  • Плотность материала в сухом состоянии слоя 2 ro2 = 1200 кг/м 3;
  • Расчетный коэффициент теплопроводности слоя 2 l2 = 0,52 Вт/(м°С);
  • Расчетный коэффициент теплоусвоения слоя 2 s2 = 6,62 Вт/(кв.м · °С);
  • Расчетный коэффициент паропроницаемости слоя 2 m2 = 0,17 мг/(м ч Па);

Климатические данные:
(Московская область; Москва):

  • Средняя температура наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92 text, 5 = -28 °С;
  • Средняя месячная температура января text, I = -10,2 °С;
  • Средняя суточная амплитуда температуры воздуха наиболее холодного месяца Dtext = 6,5 °С;
  • Продолжительность отопительного периода для периода со средней суточной температурой воздуха не более 8 °С zht, 8 = 214 сут;
  • Средняя температура наружного воздуха для периода со средней суточной температурой воздуха не более 8 °С tht, 8 = -3,1 °С;
  • Продолжительность отопительного периода со средней суточной температурой воздуха не более 10°С zht, 10 = 231 сут;
  • Средняя температура наружного воздуха для периода со средней суточной температурой воздуха не более 10°С tht, 10 = -2,2 °С;
  • Максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь n = 4,9 м/с;
    Влажность наружного воздуха:

  • (Московская область; Москва):
    Cреднегодовая упругость водяного пара наружного воздуха eext = 770 Па;
  • Средн. упругость водяного пара наружн. воздуха периода с отрицательными среднемесячными температурами eext0 = 364 Па;
  • Средняя упругость водяного пара наружного воздуха за летний период eext3 = 1212 Па;
  • Продолжительность периода с отрицательной среднемесячной температурой наружного воздуха z0 = 152 сут;
  • Продолжительность периода с отрицательной среднемесячной температурой наружного воздуха z1 = 3 мес;
  • Продолжительность весенне-осеннего периода z2 = 4 мес;
    Продолжительность летнего периода z3 = 5 мес;
    Cредняя температура периода с отрицательной среднемесячной температурой наружного воздуха t0 = -6,6 °С;
    Cредняя температура зимнего периода t1 = -8,9 °С;
    Cредняя температура весенне-осеннего периода t2 = 0,6 °С;
    Cредняя температура летнего периода t3 = 14,6 °С;

Результаты расчета

Расчетная температура наружного воздуха в холодный период:
text = text, 5 = -28 °С .
Определение сопротивления теплопередаче
Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности принимается по табл. 7 aint = 8,7 Вт/(м 2°С) .
Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности:
aext = 10,8 Вт/(м 2°С) .
Определение термического сопротивления для первого слоя
Толщина слоя:
d = d1 = 0,4 м .
Расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя:
l = l1 = 0,15 Вт/(м°С) .
Сопротивление теплопередаче слоя 1:
R1 = d /l = 0,4/0,15 = 2,66667 (м 2°С)/Вт .
Определение термического сопротивления для второго слоя
Толщина слоя:
d = d2 = 0,12 м .
Расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя:
l = l2 = 0,52 Вт/(м°С) .
Сопротивление теплопередаче слоя 2:
R2 = d /l = 0,12/0,52 = 0,23077 (м 2°С)/Вт .
Термическое сопротивление ограждающей конструкции:
Rk = R1+R2 = 2,66667+0,23077 = 2,89744 (м 2°С)/Вт .
Приведенное сопротивление теплопередаче:
Ro = 1/aint+Rk+1/aext = 1/8,7+2,89744+1/10,8 = 3,10498 (м 2°С)/Вт .
Определение расчетного температурного перепада между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции
Коэффициент:
n = 1 .
Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности принимается по табл. 7 aint = 8,7 Вт/(м 2°С) .
Расчетный температурный перепад:
Dt0 = n (tint-text)/(Ro aint) = 1 · (20—28)/(3,10498 · 8,7) = 1,7769 °С (формула (4); п. 5.8 ).
Влажностный режим помещения в холодный период года
Т.к. tint = 20 °С > 12 °С и tint = 20 °С < = 24 °С; fint < = 60 % :
Следовательно по табл. 1 влажностный режим — сухой или нормальный.
Нормируемый температурный перепад принимается по табл. 5 Dtn = 3 °С .
Dt0 = 1,7769 °С < = Dtn = 3 °С  — условие выполнено.

Т.к. tint > 12 °С :
Средняя температура наружного воздуха:
tht = tht, 8 = -3,1 °С .
Продолжительность отопительного периода:
zht = zht, 8 = 214 сут .
Градусо-сутки отопительного периода:
Dd = (tint-tht) zht = (20—3,1) · 214 = 4943,4 °С сут (формула (2); п. 5.3 ).
Требуемое приведенное сопротивление теплопередаче конструкции принимается по табл. 4 в зависимости от Dd
Rreq = 4,6717 (м 2°С)/Вт .
Ro = 3,10498 (м 2°С)/Вт > = Rreq = 4,6717 (м 2°С)/Вт — требуемое условие не выполняется.

Выводы: наружная стена выполненная из газо-силикатных блоков толщиной 400 мм, марки D400 и облицованная кирпичом не удовлетворяет требованиям по сопротивлению теплопередачи.

 

Автор статьи:

Старший преподаватель кафедры МК МГСУ
Бажин Григорий Михайлович

670 просмотров всего, 1 просмотров сегодня

СТАТЬИ И МАТЕРИАЛЫ