Теплотехнический расчёт наружного стенового ограждения

       Российский Университет  Дружбы Народов

                        Инженерный факультет

 

 

 

 

Теплотехнический расчёт наружного стенового ограждения.

 

 

 

 

 

Работу выполнил: Студент 1-го курса

Группа ИСБ-103

Иванов Павел Сергеевич

Преподаватель: Сташевская Надежда Александровна

 

 

Москва

2014

1. Теплотехнический расчет наружного  стенового ограждения.

 

Пример 1. Место строительства жилого дома – г. Пермь, Пермская область

 

Фрагмент разреза стены

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Характеристика материала стенового ограждения:

 

δ1 – раствор сложный (песок, известь, цемент) ρ=1700кг/ м3; δ1=15 мм.

δ2 – кирпичная кладка из керамического пустотного ρ=1000кг/ м3 (брутто) (ГОСТ 530) на цементно-песчаном растворе ρ0 = 1200; δ2=380 мм.

δ3  – Пенополистирол   ρ=150 кг/ м3 ;

δ4  – кирпичная кладка из глиняного обыкновенного (ГОСТ 530) ρ=1800 кг/ м3  ; δ4=120 мм.

Порядок расчета:

 

1. По ГОСТ 30494-2011 «Здания  жилые и общественные. Параметры  микроклимата в помещениях» определяем  для производственного помещения  температуру воздуха в помещении  tint>24°С и величину влажности внутреннего воздуха  40-50%. Для производственных зданий параметры микроклимата приведены в исходных данных (табл.1).

            В расчётах принимаем температуру  внутреннего воздуха tint = 29° С и влажность внутреннего воздуха ф = 45%.

 

2) Определяем влажностный  режим помещений.

Для величины влажности внутреннего воздуха 40-50% и температуры в помещении >24°С, влажностный режим помещений - нормальный.

 

3) Определяем зону влажности  г. Пермь: 2 зона — нормальная зона (приложение 1).

Находим, что по условию эксплуатации ограждающих конструкций наша стена должна быть отнесена к группе «Б» (табл. 6).

 

4) Определяем среднюю температуру  наружного воздуха tht = -5,9°С,

продолжительность отопительного периода zht — 229 суток и температуру холодной пятидневки обеспеченностью 0,92, которая равна text =-35oC, для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более 8° С. 
 
5) Определяем коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения aint=8,7 Вт/(м2* °С) (табл. 7).

 

6) Определяем коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения:

aext = 23 Вт/(м2 • °С) (табл. 8).

 

7) Определяем величину градусо-суток отопительного периода по формуле 2 СНиП 23-02-2003:

Dd = (tint - tht)*zht = (29+5,9)*229 = 7992,1 °С*сут.

 
8) Определяем нормируемое сопротивление теплопередаче наружных стен по формуле 1 СНиП 23-02-2003, предварительно взяв из табл.9 а = 0,0003 и b = 1,2:

Rreq = a*Dd + b = 0,0003*7992,1 + 1,2 = 3,60 м2 оС/ Вт 

9) Для наружных стен  следует принимать приведенное  сопротивление теплопередаче Rro c учетом коэффициента теплотехнической однородности r, т.е.

Rro = R0*r = Rreq

Коэффициент теплотехнической однородности г принимается:

- для стен жилых зданий из кирпича, как правило, не менее 0,74 при толщине стены 510 мм, 0,69 - при толщине стены 640 мм и 0,64 - при толщине стены 780 мм (СП 23-101-2004, п. 8.17).

- для панелей индустриального изготовления, как правило, не менее величин, установленных в СП 23-101-2004 (табл.10).

Откуда Ro = Rreq/r = 3,60/0,74 = 4,86 м2 оС/Вт.

 

10. Нормируемые  теплотехнические показатели материалов  стены λ определяем согласно СП 23-101-2004 (табл. 20) и сводим их в отдельную таблицу А.

 

Таблица А

Расчёт термического сопротивления

 

№ п/п	Наименование материала слоя	Плотность материала слоя, ρ0, кг/м3	Толщина слоя δi, м	Расчетный коэффициент теплопроводности слоя, λi, Вт/(м оС)	Термическое сопротивление слоя  Ri= δi/λi
1	Сложный раствор	1700	0,015	0,52	0,029
2	Кирпичная кладка из керамического пустого кирпича	1200	0,380	0,52	0,731
3	пенополистирол	150	-	0,05	-
4	Кирпичная кладка из глиняного обыкновенного	1800	0,120	0,56	0,214

 

11) Общее термическое сопротивление  стены без учета утеплителя:

R10 = 1/aint + R1 + R2 + R4 + 1/aext = 1/8,7 + 0,029 + 0,731 + 0,214 +1/23 =  
1,132 м2 °С/Вт. Вычисляем термическое сопротивление утеплителя Rут = R3:

R3 = Rут = R0 – R1o = 4,86 – 1,132 = 3,728 м2oС/Вт.

 
12) По формуле 6 СП 23-101-2004 находим  толщину утеплителя:

δ3 = λ3*R3 = 3,728*0,05 = 0,186 м = 19 см 

13) Определяем общее фактическое  сопротивление теплопередаче ограждения  с учетом принятой толщины  утеплителя;

Rф0 = R10 + δ3/ λ3 = 1,132 + 0,19/0,05 = 4,932 м2 °С/Вт.

 

14) Находим фактическое  приведенное сопротивление теплопередаче  Rr0:

Rr0 = 4,932 * 0,74 = 3,64 м2°С/Вт.

Условие Rr0 = 3,64 > Rreq = 3,60 м2оС/Вт   выполняется.

 

15) Проверка выполнения  санитарно-гигиенических требований  тепловой защиты здания. Расчетный  температурный перепад Δt0(°С) между температурой внутреннего воздуха и температурой поверхности ограждающей конструкции не должен превышать нормируемых величин Δtn (°С), т.е Δt0< Δtn

Δtn = tint – td = 29 – 15,86 = 13,14 oС.

По формуле 4 СНиП 23-02-2003 находим

Δt0 = (n * (tint - text)) / R0* aint = (1*(29+35)) / 4,86*8,7 = 1,514 oC

где n - коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху.

Тогда Δt0 = 1,514°С < Δtn = 13,14°С. Условие выполняется.

 

Проверяем выполнение условия τsi > td, где τsi — температура внутренней поверхности, td - температура точки росы. По формуле 25 СП 23-101-2004 определяем τsi однородной или многослойной ограждающей конструкции:

τsi = tint – (tint  - text)/R0* aint = 29 – 1,514 = 27,486 °C.

 

Для температуры внутреннего воздуха tint = 29° С и относительной влажности воздуха ф = 85% температура точки росы td  = 15,86 °С (табл. 13).

Следовательно, условие τsi  = 27,486° С > / td  = 15,86° С выполняется.

Таким образом, принятая ограждающая конструкция (рис. 1) с толщиной утеплителя 20 см, удовлетворяет нормативным требованиям тепловой защиты здания.

2. Теплотехнический расчет чердачного  холодного перекрытия.

Место строительства жилого  дома – г. Пенза

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Характеристика материала:

 

δ1 – железобетонная плита ρ=2400кг/ м3; δ1=220 мм.

δ2 – слой рубитекса ρ=600 кг/ м3; δ2=5 мм.

δ3  – плиты древесноволокнистые (ГОСТ 4598)  ρ=1000 кг/ м3 ;

δ4  – цементно-песчаная стяжка ρ=1800 кг/ м3  ; δ4=30 мм.

Порядок  расчета:

 

 

1)По ГОСТ 30494-2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях» определяем для производственного помещения температуру воздуха в помещении tint>24°С и величину влажности внутреннего воздуха  40-50%. Для производственных зданий параметры микроклимата приведены в исходных данных (табл.1).

            В расчётах принимаем температуру  внутреннего воздуха tint = 29° С и влажность внутреннего воздуха ф = 45%.

 

2)Определяем влажностный  режим помещений.

Для величины влажности  внутреннего воздуха 40-50% и температуры  в помещении >24°С, влажностный режим помещений - нормальный.

 

3) Определяем зону влажности  г. Пенза: 3 зона — сухая зона (приложение 1).

Находим, что по условию  эксплуатации ограждающих конструкций  наша стена должна быть отнесена  к группе «А» (табл. 6).

 

4) Определяем среднюю температуру  наружного воздуха tht = -4,5°С,

продолжительность отопительного  периода zht — 207 суток и температуру холодной пятидневки обеспеченностью 0,92, которая равна text =-29oC, для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более 8° С. 
 
5) Определяем коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения aint=8,7 Вт/(м2* °С) (табл. 7).

 

6) Определяем коэффициент  теплоотдачи наружной поверхности  ограждения:

aext = 12 Вт/(м2 • °С) (табл. 8).

 

7) Определяем величину  градусо-суток отопительного периода по формуле 2 СНиП 23-02-2003:

Dd = (tint - tht)*zht = (29+4,5)*207 = 6934,5 °С*сут.

 
8) Определяем нормируемое сопротивление  теплопередаче наружных стен  по формуле 1 СНиП 23-02-2003, предварительно  взяв из табл.9 а = 0,0002 и b = 1,0:

Rreq = a*Dd + b = 0,0002*6934,5 + 1,0 = 2,3869 м2 оС/ Вт

 

9) Термическое сопротивление чердачного перекрытия Rк определяем по формулам 7, 8 СП 23-101-2004 из условия равенства общего термического сопротивления R0 нормируемому Rreq ,т.е. R0 = Rreq, тогда, приняв Rsi, = 1/aint и Rse= 1/aext ,получаем:

Rк = Rreq – (Rsi + Rse ) = 2,3869 - (0,115 + 0,083) = 2,1889 м2°С/Вт, но может быть представлена как сумма термических сопротивлений отдельных слоев

Rк = R1 + R2 + R3 + R4

 

где R1 - термическое сопротивление железобетонной плиты перекрытия, R2 -  термическое сопротивление слов пароизоляции, R3 - термическое сопротивление утеплителя, R4 - термическое сопротивление стяжки.

 

10) Нормируемые теплотехнические показатели материалов чердачного перекрытия определяем согласно СП 23-101-2004 (табл.20) и сводим их в отдельную таблицу А.

 

№ п/п	Наименование материала слоя	Плотность материала слоя, ρ0, кг/м3	Толщина слоя δi, м	Расчетный коэффициент теплопроводности слоя, λi, Вт/(м оС)	Термическое сопротивление слоя  Ri= δi/λi
1	железобетон	2400	0,22	1,92	0,115
2	Пароизоляция из 1-го слоя рубитекса	600	0,005	0,17	0,029
3	Плиты древесноволокнистые	1000	-	0,023	-
4	цементно-песчаная стяжка	1800	0,03	0,76	0,039

 

11)Термическое сопротивление утеплителя определяем из выражения:

R3 = Rк - R1 - R2 - R4 = 2,1889 – 0,115 – 0,029 – 0,039 = 2,0059

 

12)Определяем толщину утеплителя из древесноволокнистых плит:

δут = δ3 = R3* λ3 = 2,0059*0,23 = 0,461 м

Окончательно принимаем толщину утеплителя равную 500 мм

 

13)В этом случае общее фактическое сопротивление теплопередаче ограждения с учетом принятой толщины утеплителя будет

R0ф = R1 + R2 + R3 + R4 + 1/aint + 1/aext = 0,115 + 0,029 + 2,174 + 0,039 + 0,115 + 0,083 = 2,55 м2оС/Вт

Условие R0ф = 2,55 > Rreq = 2,3869 м2оС/Вт выполняется.

 

14)Проверка выполнения санитарно-гигиенических требований тепловой защиты здания. Расчетный температурный перепад Δt0(°С) между температурой внутреннего воздуха и температурой поверхности ограждающей конструкции не должен превышать нормируемых величин Δtn (°С), т.е Δt0< Δtn

Δtn = tint – td = 29 – 15,86 = 13,14 oС.

По формуле 4 СНиП 23-02-2003 находим

Δt0 = (n * (tint - text)) / R0* aint = (1*(29+29)) / 2,3869*8,7 = 2,8 oC

где n - коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху.

Тогда Δt0 = 2,8°С < Δtn = 13,14°С. Условие выполняется.

 

Проверяем выполнение условия τsi > td, где τsi — температура внутренней поверхности, td - температура точки росы. По формуле 25 СП 23-101-2004 определяем τsi однородной или многослойной ограждающей конструкции:

τsi = tint – (n(tint  - text))/R0* aint = 29 – 2,8 = 26,2 °C.

 

Для температуры внутреннего воздуха tint = 29° С и относительной влажности воздуха ф = 45% температура точки росы td  = 15,86 °С (табл. 13).

Следовательно, условие τsi  = 26,2° С > / td  = 15,86° С выполняется.

Таким образом, принятая ограждающая конструкция (рис. 1) с толщиной утеплителя 50 см, удовлетворяет нормативным требованиям тепловой защиты здания.

 

3. Расчет на теплоустойчивость  ограждающих конструкций в теплый  период года.

Место строительства жилого дома – г. Грозный

Пример 3.

 δ1 – раствор сложный (песок, известь, цемент) ρ=1700кг/ м3; δ1=15 мм.

δ2 – кирпичная кладка из керамического пустотного ρ=1000кг/ м3 (брутто) (ГОСТ 530) на цементно-песчаном растворе ρ0 = 1200; δ2=380 мм.

δ3  – Пенополистирол ρ=150 кг/ м3 ;

δ4  – кирпичная кладка из глиняного обыкновенного (ГОСТ 530) ρ=1800 кг/ м3 ; δ4=120 мм.

Порядок расчета:

1)Определяем среднюю месячную температуру наружного воздуха наиболее жаркого месяца text = 23,9 C

2)Определяем макс. амплитуду суточных колебаний температуры  At,ext = 23,3°C

3)Определяем максимальном и среднее значения суммарной (прямой и рассеянной) солнечной радиации в июле при ясном небе для вертикальной поверхности западной ориентации Imax=756 Вт/м2, Iav = 180 Вт/м2, принимаемые: для наружных стен - как для вертикальной поверхности западной ориентация, для покрытий - как для горизонтальной поверхности (табл.16).

4)Определяем максимальную из средних скоростей ветра по румбам за июль v>>=0м/с, повторяемость которых составляет 16 % и более, но не менее 1 м/с (табл. 17).

5) Выписываем термические сопротивления R отдельных слоев стены по условиям эксплуатации Б согласно примера 1.

R1=0,029, R2=0,731, R4=0,214, R3=3,8

6) Определяем расчетные коэффициенты теплоусвоения материала отдельных слоев ограждающей конструкции S1 = 10,42, S2 = 6,62, S3 = 0,99, S4 = 10,12 Вт/(м2*°С), принимаемые для условий эксплуатации Б пример 1 (табл.20),

7)Определяем тепловую инерцию стенового ограждения внутреннего слоя железобетона:

ΣDi = R1*S1 + R2*S2 + … + Rn*Sn = 0.029×10,42+0,731×6,62+ 3,8 ×0,99+0,214 ×10,12=11,069 , где R1=0,029, R2=0,731, R4=0,214, R3=3,8 - термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, м2*°С/Вт, пример 1.

Поскольку тепловая инерция стеновой панели D>4, то не требуется расчет стены на теплоустойчивость.