Теплотехнический расчет теплого чердака

Исходные данные

 

Место строительства — Москва, t_ext = -28 °С; D_d = 4943 °С·cyт.

Тип здания — рядовая секция 17-этажного жилого дома.

Кухни в квартирах с электроплитами.

Площади покрытия (кровли) над теплым чердаком А_g.с = 252,8 м², перекрытия теплого чердака А_g.f = 252,8 м², наружных стен теплого чердака А_g.w = 109,6 м². Приведенную площадь определяем по формуле (33)

a_g.w = 109,6 / 252,8 = 0,4335.

Сопротивление теплопередаче стен

= 1,8 м²·°С/Вт.

В теплом чердаке размещена верхняя разводка труб систем отопления и горячего водоснабжения. Расчетные температуры системы отопления с верхней разводкой 95 °С, горячего водоснабжения 60 °С. Длина трубопроводов верхней разводки системы отопления составила:

 

dpi, мм
lpi, м			19,3	27,4	6,3

 

Длина трубопроводов горячего водоснабжения составила:

 

dpi, мм
lpi, м	3,5		12,4

 

Температура воздуха в помещениях верхнего этажа t_int = 20 °С.

Температура воздуха, поступающего в теплый чердак из вентиляционных каналов, t_ven =21,5°С.

 

Порядок расчета

 

1. Согласно таблице 4 СНиП 23-02 нормируемое сопротивление теплопередаче покрытия жилого здания R_req для D_d = 4943 °С·сут должно быть не менее 4,67 м²·°С/Вт.

Определим согласно 9.2.1 величину требуемого сопротивления теплопередаче перекрытия теплого чердака по формуле (29), предварительно вычислив коэффициент n по формуле (30), приняв температуру воздуха в теплом чердаке = 18 °С.

.

Тогда = 0,04 · 4,67 = 0,19 м²·°С/Вт.

Проверим согласно 9.2.2 выполнение условия D t £ D t_п для потолков помещений последнего этажа при D t_п = 3 °С

°C < D t_п.

Так как перекрытие верхнего этажа состоит из железобетонной плиты толщиной 160 мм с затиркой поверхности цементно-песчаным раствором толщиной 20 мм, то сопротивление теплопередаче этого перекрытия равно 0,3 м²·°С/Вт, что выше минимального значения 0,19 м²·°С/Вт, определенного по формуле (29).

2. Вычислим согласно 9.2.3 величину сопротивления теплопередаче перекрытия чердака , предварительно определив следующие величины:

сопротивление теплопередаче наружных стен чердака из условия невыпадения конденсата равно 1,8 м²·°С/Вт;

приведенный расход воздуха в системе вентиляции определяют по таблице 11 — G_ven = 26,4 кг/(м²·ч) для 17-этажного дома с электроплитами.

Приведенные теплопоступления от трубопроводов систем отопления и горячего водоснабжения определяют на основе исходных данных для труб и соответствующих значений q_pi по таблице 12 (при температуре окружающего воздуха 18 °С):

= (31,8·15 + 25·17 + 22,2·19,3 + 20,4·27,4 + 18,1·6,3 +19,2·3,5 + 14,9·16 +

+ 13,3·12,4 + 12·6) / 252,8 = 10,07 Вт/м².

Тогда сопротивление теплопередаче покрытия чердака равно:

= (18 + 28) / [0,28·26,4 (21,5 - 18) + (20 - 18) / 0,3 + 10,07 - (18 + 28) 0,4335 / 1,8] =

= 46 / 31,53 = 1,46 м²·°С/Вт

3. Проверим наружные ограждающие конструкции чердака на условие невыпадения конденсата на их внутренней поверхности. С этой целью рассчитывают согласно 9.2.5 температуру на внутренней поверхности покрытия и стен чердака по формуле (35)

= 18 - [(18 + 28) / (12·1,46)] = 15,37 °С;

= 18 - [(18 + 28) / (8,7·1,8)] = 15,06 °С.

Определим температуру точки росы t_d воздуха в чердаке.

Среднее парциальное давление водяного пара за январь для Москвы равно е_p = 2,8 гПа. Влагосодержание наружного воздуха f_ext определяют по формуле (37)

f_ext = 0,794·2,8 / (1 - 28 / 273) = 2,478 г/м³.

Влагосодержание воздуха теплого чердака f_g определяют по формуле (36) для домов с электроплитами

f_g = 2,478 + 3,6 = 6,078 г/м³.

Парциальное давление водяного пара воздуха в чердаке e_g определяют по формуле (38)

e_g = 6,078 (1 + 18 / 273) / 0,794 = 8,16 гПа.

По приложению С находим температуру точки росы t_d = 4,05 °С, что значительно меньше минимальной температуры поверхности (в данном случае покрытия) 15,37 °С. Следовательно, конденсат на покрытии и стенах чердака выпадать не будет.

Суммарное сопротивление теплопередаче горизонтальных ограждений теплого чердака составляет = 0,3 + 1,46 = 1,76 м²·°С/Вт при нормируемом согласно СНиП 23-02 сопротивлении теплопередаче обычного покрытия здания R_req = 4,67 м²·°С/Вт.

 

Пример 2

Теплотехнический расчет техподполья

Исходные данные

 

Тип здания — рядовая секция 17-этажного жилого дома при наличии нижней разводки труб систем отопления и горячего водоснабжения.

Место строительства — Москва, t_ext = -28 °С; D_d = 4943 °С·сут.

Площадь цокольного перекрытия (над техподпольем) А_b = 281 м².

Ширина подвала — 13,8 м; площадь пола техподполья — 281 м².

Высота наружной стены техподполья, заглубленной в грунт, — 1,04 м. Площадь наружных стен техподполья, заглубленных в грунт, — 48,9 м².

Суммарная длина l поперечного сечения ограждений техподполья, заглубленных в грунт,

l = 13,8 + 2·1,04 = 15,88 м.

Высота наружной стены техподполья над уровнем земли — 1,2 м.

Площадь наружных стен над уровнем земли A_b.w = 53,3 м².

Объем техподполья V_b = 646 м³.

Расчетные температуры системы отопления нижней разводки 70 °С, горячего водоснабжения 60 °С.

Длина трубопроводов системы отопления с нижней разводкой l_pi составила:

 

dpi, мм
lpi, м	3,5	10,5	11,5	4,0	17,0	14,5	6,3

 

Длина трубопроводов горячего водоснабжения составила:

 

dpi, мм
lpi, м

 

Газораспределительных труб в техподполье нет, поэтому кратность воздухообмена в техподполье I = 0,5 ч^-1.

Температура воздуха в помещениях первого этажа t_int = 20 °С.

 

Порядок расчета

 

1. Сопротивление теплопередаче наружных стен техподполья над уровнем земли принимают согласно 9.3.2 равным сопротивлению теплопередаче наружных стен = 3,13 м²·°С/Вт.

2. Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций заглубленной части техподполья определим согласно 9.3.3 как для утепленных полов на грунте, состоящей из термического сопротивления стены, равного 3 м²·°С/Вт, и участков пола техподполья.

Сопротивление теплопередаче участков пола техподполья (начиная от стены до середины техподполья) шириной: 1 м — 2,1 м²·°С/Вт; 2 м — 4,3 м²·°С/Вт; 2 м — 8,6 м²·°С/Вт; 1,9 м — 14,2 м²·°С/Вт. Соответственно площадь этих участков для части техподполья длиной 1 м будет равна 1,04 м² (стены, контактирующей с грунтом), 1 м², 2 м², 2 м², 1,9 м².

Таким образом, сопротивление теплопередаче заглубленной части стен техподполья равно

= 2,1 +3 = 5,1 м²·°С/Вт.

Вычислим приведенное сопротивление теплопередаче ограждений заглубленной части техподполья

= 7,94 / [(1,04 / 5,1 + 1 / 2,1 + 2 / 4,3 + 2 / 8,6 + 1,9 / 14,2] = 5,25 м²·°С/Вт.

3. Согласно СНиП 23-02 нормируемое сопротивление теплопередаче перекрытия над техподпольем жилого здания R_req для D_d = 4943 °С·сут равно 4,12 м²·°С/Вт.

Согласно 9.3.4 определим значение требуемого сопротивления теплопередаче цокольного перекрытия над техподпольем по формуле

,

где n — коэффициент, определяемый при принятой минимальной температуре воздуха в подполье = 2 °С.

.

Тогда = 0,375·4,12 = 1,55 м²·°С/Вт.

4. Определим температуру воздуха в техподполье согласно 9.3.5.

Предварительно определим значение членов формулы (41), касающихся тепловыделений от труб систем отопления и горячего водоснабжения, используя данные таблицы 12. При температуре воздуха в техподполье 2 °С плотность теплового потока от трубопроводов возрастет по сравнению с значениями, приведенными в таблице 12, на величину коэффициента, полученного из уравнения (34): для трубопроводов системы отопления — на коэффициент [(70 - 2)/(70 - 18)]^1,283 = 1,41; для трубопроводов горячего водоснабжения — [(60 - 2) / (60 -18)]^1,283 = 1,51. Тогда

= 1,41 (22,8·3,5 + 2,03·10,5 + 17,7·11,5 + 17,3·4 + 15,8·17 + 14,4·14,5 + 12,7·6,3) +

+ 1,51 (14,6·47 + 12·22) = 1313 + 1435 = 2848 Вт.

Рассчитаем значение температуры из уравнения теплового баланса при назначенной температуре подполья 2 °С

= (20·281/1,55 + 2848 - 0,28·646·0,5·1,2·28 - 28·329,9 / 5,25 - 28·53,3 / 3,13) / (281 / 1,55 +

+ 0,28·646·0,5·1,2 + 329,9 / 5,25 + 53,3 / 3,13) = 1198,75 / 369,7 = 3,24 °С.

Тепловой поток через цокольное перекрытие составил

q^b.c = (20 - 3,24) / 1,55 = 10,8 Вт/м².

5. Проверим, удовлетворяет ли теплозащита перекрытия над техподпольем требованию нормативного перепада D tⁿ = 2 °С для пола первого этажа.

По формуле (3) СНиП 23-02 определим минимально допустимое сопротивление теплопередаче

= (20 - 2) / (2·8,7) = 1,03 м²·°С/Вт < = 1,55 м²·°С/Вт.

Требуемое сопротивление теплопередаче цокольного перекрытия над техподпольем составляет 1,55 м²·°С/Вт при нормируемом согласно СНиП 23-02 сопротивлении теплопередаче перекрытий над подвалами 4,12 м²·°С/Вт. Таким образом, в техподполье эквивалентная нормам СНиП 23-02 тепловая защита обеспечивается не только ограждениями (стенами и полом) техподполья, но и за счет теплоты от трубопроводов систем отопления и горячего водоснабжения.

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ У

(рекомендуемое)

 

ПРИМЕР РАСЧЕТА ПРИВЕДЕННОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ТЕПЛОПЕРЕДАЧЕ УЧАСТКОВ СТЕН, РАСПОЛОЖЕННЫХ ЗА ОСТЕКЛЕННЫМИ ЛОДЖИЯМИ И БАЛКОНАМИ

Исходные данные

 

Девятиэтажное жилое здание со стенами из пористого силикатного кирпича толщиной 770 мм ( = 1,45 м²·°С/Вт), построено в г. Ярославле (t_ext = -31 °С). Балконы и лоджии остеклены однослойным остеклением (R_F = 0,18 м²·°С/Вт), нижняя часть утеплена (R_w = 0,81 м²·°С/Вт). В наружных стенах в зоне остекленных балконов светопроемы заполнены оконными и дверными блоками с двухслойным остеклением в раздельных переплетах ( = 0,44 м²·°С/Вт). Наружный торец балкона имеет стенку из силикатного кирпича толщиной 380 мм (R_w = 0,6 м²·°С/Вт). Температура внутреннего воздуха t_int = 21 °С. Определить приведенное сопротивление теплопередаче системы ограждающих конструкций остекленного балкона.

 

Порядок расчета

 

Согласно геометрическим показателям ограждений остекленного балкона, представленным на рисунке У.1, определены сопротивления теплопередаче R^r и площади А отдельных видов ограждений:

1. Наружная стена из пористого силикатного кирпича толщиной 770 мм, = 1,45 м²·°С/Вт, А_w = 15 м².

2. Заполнение балконного и оконного проемов деревянными блоками с двухслойным остеклением в раздельных переплетах = 0,44 м²·°С/Вт, A_F = 6,5 м².

3. Торцевая стенка из силикатного кирпича толщиной 380 мм = 0,6 м²·°С/Вт, A_w = 3,24 м².

4. Непрозрачная часть ограждения балкона R_w = 0,81 м²·°С/Вт, A_w = 6,9 м².

5. Однослойное остекление балкона R_F = 0,18 м²·°С/Вт, A_F = 10,33 м².

Определим температуру воздуха на балконе t_bal при расчетных температурных условиях по формуле (43)

t_bal = [21 (15 / 1,45 + 6,5 / 0,44) – 31·(10,33 / 0,18 + 6,9 / 0,81 + 3,24 / 0,60] / (15 / 1,45 +

+ 6,5/ 0,44 + 10,33 / 0,18 + 6,9 / 0,81 + 3,24 / 0,6) = -1683,06 / 96,425 = -17,45 °С.

По формуле (45) определим коэффициент n:

n = (21 + 17,45) / (21 + 31) = 0,739.

По формулам (44) получим уточненные значения приведенного сопротивления теплопередаче стен и заполнений светопроемов с учетом остекления балкона:

= 1,45 / 0,739 = 1,96 м²·°С/Вт;

= 044 / 0,739 = 0,595 м²·°С/Вт.

 

 

Рисунок У.1 — План (а), разрез (б) по сечению I—I плана и фасад (в) по сечению II—II остекленного балкона многоэтажного жилого здания

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ Ф

(рекомендуемое)

 

ПРИМЕР РАСЧЕТА ТЕПЛОУСТОЙЧИВОСТИ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ В ТЕПЛЫЙ ПЕРИОД ГОДА

 

Определить, удовлетворяет ли требованиям в отношении теплоустойчивости трехслойная железобетонная панель с утеплителем из пенополистирола на гибких связях с габаритными параметрами, принятыми по примеру расчета раздела 2 приложения Н.

 

Исходные данные

 

1. Район строительства — г. Ростов-на-Дону.

2. Средняя месячная температура наружного воздуха наиболее жаркого месяца (июля) согласно СНиП 23-01 t_ext = 23 °С.

3. Максимальная амплитуда суточных колебаний температуры наружного воздуха согласно СНиП 23-01 A_t,ext = 19 °С.

4. Максимальное и среднее значения суммарной (прямой и рассеянной) солнечной радиации в июле при ясном небе для вертикальной поверхности западной ориентации согласно приложению Г I_max = 764 Вт/м² и I_av = 184 Вт/м².

5. Расчетная скорость ветра согласно СНиП 23-01 v = 3,6 м/с.

6. Теплотехнические характеристики материалов панели выбираются по условиям эксплуатации А согласно приложению Д:

для железобетонных слоев

l₁ = l₃ = 1,92 Вт/(м·°С),

s ₁ = s ₃ = 17,98 Вт/(м²·°С);

для пенополистирола

l₂ = 0,041 Вт/(м·°С),

s ₂ = 0,41 Вт/(м²·°С).

 

Порядок расчета

 

1. Термические сопротивления отдельных слоев стеновой панели:

внутреннего железобетонного слоя

R ₁ = 0,1 / 1,92 = 0,052 м²·°С/Вт;

слоя пенополистирола

R ₂ = 0,135 / 0,041 = 3,293 м²·°С/Вт;

наружного железобетонного слоя

R ₃ = 0,065 / 1,92 = 0,034 м²·°С/Вт.

2. Тепловая инерция каждого слоя и самой панели:

наружного железобетонного слоя

D ₁ = 0,052 · 17,98 = 0,935 < 1;

пенополистирола

D ₂ = 3,293 · 0,41 = 1,35;

внутреннего железобетонного слоя

D ₃ = 0,034 · 17,98 = 0,611;

всей панели

S D_i = 0,935 + 1,35 + 0,611 = 2,896.

Поскольку тепловая инерция стеновой панели D < 4, то требуется расчет панели на теплоустойчивость.

3. Нормируемая амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности ограждающей конструкции определяется по формуле (46)

= 2,5 - 0,1 (23 - 21) = 2,3 °С.

4. Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности a _ехt ограждающей конструкции по летним условиям определяется по формуле (48)

Вт/(м²·°С).

5. Расчетная амплитуда колебаний температуры наружного воздуха вычисляется по формуле (49)

= 0,5·19 + [0,7 (764 - 184)] / 27,8 = 24,1 °С.

6. Коэффициент теплоусвоения наружной поверхности слоя Y с тепловой инерцией D < 1 определяется расчетом по формулам (51) и (52):

а) для внутреннего железобетонного слоя

Вт/(м²·°С);

б) для среднего слоя из пенополистирола, имеющего D > 1, коэффициент теплоусвоения наружной поверхности слоя принимается равным коэффициенту теплоусвоения материала Y ₂ = s ₂ = 0,41 Вт/(м²·°С);

в) для наружного железобетонного слоя

Вт/(м²·°С).

7. Величина затухания расчетной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха в ограждающей конструкции вычисляется по формуле (47)

8. Амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности стеновой панели определяется по формуле (50)

°С,

что отвечает требованиям норм.

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ X

(рекомендуемое)

 

ПРИМЕР РАСЧЕТА МОЩНОСТИ ТЕПЛОАККУМУЛЯЦИОННОГО ПРИБОРА

Исходные данные

 

Определить мощность теплоаккумуляционного прибора, используемого для отопления помещения односемейного жилого дома, и определить тип этого прибора. Расчетная температура наружного воздуха — минус 22 °С. Расчетные теплопотери помещения = 2500 Вт. Показатели теплоустойчивости помещения следующие: показатель теплоусвоения поверхностей Y_n = 122,5 Вт/°С, показатель интенсивности конвективного воздухообмена в помещении L = 98,8 Вт/°С. Продолжительность зарядки теплоаккумулирующего прибора m = 8 ч. Расчетную разность температур D t^des определяют по формуле (66), равную 20 - (-22) = 42 °С. Рассчитать мощность теплоаккумуляционного и дополнительного приборов для случая комбинированной системы отопления, состоящей из базовой (вне пиковой) теплоаккумуляционной системы и дополнительной постоянно работающей системы.

 

Порядок расчета

 

Мощность отопительного прибора определяется по формуле (64)

Q_p.c = 2500 (24 / 8) = 7500 Вт.

Подбор типа прибора производим по графику на рисунке 2, предварительно определив L/ Y_n =98 / 122,5 = 0,81 и Q_p.c / (L D t^des) = 7500 / (98,8·42) = 1,81. В результате следует выбрать теплоаккумулирующий прибор с показателем затухания v_c = 18.

Количество теплоты Q_p.c, поступающей от теплоаккумуляционного прибора базовой системы, рассчитывают согласно 11.2.2.6 при расчетной температуре минус (-22 + 5) = 17 °С по формуле

Вт.

Мощность дополнительного постоянно работающего прибора отопления Q_b определяют по уравнению (65)

Q_b = 2500 - 2202 = 298 Вт.

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ Ц

(рекомендуемое)