Теплоізоляційної оболонки будівлі

БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

 

 

Розрахунок

Теплоізоляційної оболонки будівлі

 

Методичні вказівки

до курсової роботи з дисципліни «Будівельна

теплофізика» для студентів спеціальності 7.0921.08

“Теплогазопостачання і вентиляція”

 

 

 

 

Київ 2008

 

УДК 72. (0.75)

ББК 38.113

Т96

 

Укладачі: Ю.М.Кольчик, кандидат технічних наук, доцент;

В.О.Мельник, старший викладач.

 

Рецензент: І.Е.Фуртат, кандидат технічних наук, доцент

 

Відповідальний за випуск: Е.С.Малкін, доктор

технічних наук, професор

 

 

Затверджено на засіданні кафедри теплотехніки, протокол № 1 від 11 вересня 2006 року.

Розрахунок теплоізоляційної оболонки будівлі:

Т96 Методичні вказівки до курсової роботи /

Уклад.: Ю.М. Кольчик, В.О.Мельник. – К.: КНУБА, 2008. – 40 с.

 

Розглянуто інженерні методи теплотехнічного розрахунку теплоізоляційної оболонки опалюваної будівлі з метою приведення конструктивного рішення огороджувальної конструкції у відповідність до чинних нормативних вимог.

 

Призначені для студентів спеціальності 7.09221.08 – “Теплогазопостачання і вентиляція” для практичного використання при теплотехнічних розрахунках огороджувальних конструкцій.

 

ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ

 

Інженер-будівельник за фахом «Теплогазопостачання і венти­ляція» зобов’язаний володіти сучасними методами теплотехнічного розрахунку огороджувальних конструк­цій (теплоізоляційної оболонки) будівлі, має знати нормативні вимоги до теплотехнічних по­казників огороджень, повинен вміти спроектувати огороджувальні конструкції, що забезпечують раціональне використання енергетичних ресурсів на опалення, відповідають нормативним вимогам до санітарно-гігіє­нічних параметрів мікроклімату приміщень, забезпечують потрібну довговічність конструкцій під час експлуатації. З метою поглиб­лення знань і набуття практичних навичок у цій сфері студентами виконується курсова робота з дисципліни “Будівельна теплофі­зика”.

Курсова робота складається з розрахунку потрібної товщини шару утеплювача зовнішньої тришарової стіни житлового будинку за умовами зимового періоду, теплотехнічного розрахунку стіни за умовами літнього періоду, перевірки стіни на відповідність нормативним вимогам щодо вологісного режиму, перевірки повітропроникності стіни і вікна на відповідність нормативним вимогам до опору повітропроникності. Таким чином, курсова робота включає основні питання розрахунку процесів тепло- і масообміну в огороджувальних конструкціях.

При виконанні курсової роботи студент застосовує знання, отримані під час лекційних, практичних і лабораторних занять, на­буває практичних навичок у роботі з Державними будівельними нормами України, іншими нормативними документами і довідко­вими матеріалами.

Розрахунки в курсовій роботі потрібно подавати у наступній послідовності: (а) формулювання мети розрахунку, вибір і наве­дення формули для розрахунку з обов’язковим посиланні на джерела; (b) розшифровка позначень, що застосовуються у формулі, аргументований вибір числового значення кожної величини з обов’язковою вказівкою розмірностей; (c) підстановка в формулу числових значень відповідних величин і наведення кінцевого результату обчислення.

На підставі даних розрахунку конструктивне рішення огородження може бути відкориговане від­повідно до чинних нормативних вимог.

Курсову роботу потрібно завершувати списком використаних літературних джерел.

Курсова робота, що перевірена викладачем, має бути представлена до захисту у вигляді зброшурованої пояснювальної записки, що написана українською мовою на листах білого паперу формату А4. Рисунки і графіки рекомендується представляти на міліметрівці або виконувати їх засобами комп’ютерної графіки.

ЗМІСТ КУРСОВОЇ РОБОТИ

 

Розрахунок теплоізоляційної оболонки в курсовій роботі складається з чотирьох розділів.

Перший розділ – теплотехнічний розрахунок стіни житлового будинку за умовами зимового періоду і визначення товщини шару утеплювача (шар № 2) тришарової зовнішньої стіни, що має задовольняти чинним нормативним вимогам: (а) до максимально допустимої за санітарно-гігієнічних вимог різниці між температурами внутрішнього повітря в приміщенні і внутрішньої поверхні стіни; (б) до опору теплопередачі, який забезпечує раціональне використання енергоресурсів, що витрачаються на опалення.

Другий розділ - застосування графоаналітичного методу для розрахунку температурно-вологісного стану стіни за умовами періоду вологонакопичення і перевірка стіни на відповідність нормативним вимогам до вологісного режиму огороджувальних конструкцій. У разі потреби необхідно передбачити заходи для приведення теплотехнічних показників стіни у відповідність до нормативних вимог щодо вологісного режиму.

Третій розділ – теплотехнічний розрахунок стіни за літніми умовами експлуатації. Мета розрахунку – перевірка стіни на відповід­ність нормативним вимогам до теплостійкості огороджень за літніми умовами. У разі потреби передбачаються заходи, що забезпечують виконання нормативних вимог до теплотехнічних показників стіни за літніми умовами.

Четвертий розділ – перевірка стіни і вікна на відповідність нормативним вимогам до опору повітропроникності і коригування, в разі потреби, конструктивного рішення стіни і/або вікна для забезпечення опору повітропроникності, що відповідає нормативним вимогам.

Вихідні дані, потрібні для виконання курсової роботи, приведені в табл. 1.1.

 

Таблиця 1.1.

П	d 1	d 3	Номер/густина, кг/м^3, матеріалу	О	j в	Місто	m	Конструкція вікна (згідно табл. 5.2)
м	шару № 1	шару № 2	шару № 3	%
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
	0,04	0,1	81/2500	41/300	58/1600			Дніпрпет-ровськ		2-І
	0,05	0,12	82/2400	41/400	58/1800			Харків		2-ІІ
	0,06	0,11	64/1600	41/500	64/1400			Івано- Фраківськ		2-ІІІ
	0,07	0,08	64/1400	41/200	64/1600			Луганськ		2-І
	0,08	0,06	58/1800	42/400	82/2400			Миколаїв		2-ІІ
	0,1	0,04	58/1600	42/600	81/2500			Одеса		2-ІІІ
	0,09	0,05	64/1400	42/400	82/2400			Львів		2-І
	0,07	0,13	64/1600	41/200	81/2500			Луцьк		2-ІІ
	0,03	0,1	82/2400	41/500	58/1800			Житомир		2-ІІІ
	0,03	0,12	81/2500	41/300	58/1600			Симферо- поль		2-І
10 В таблиці жирним шрифтом виділені вихідні дані для номеру залікової книжки з останніми двома цифрами 72. 2. В таблиці позначено: П і О – передостання і остання цифри в номері залікової книжки студента; d 1і d 3– товщини першого і третього шарів стіни; m – кількість поверхів; j в – відносна вологість внутрішнього повітря.

Шари огородження в табл. 1.1 пронумеровані в загальноприйнятому напрямі - від внутрішньої до зовнішньої поверхонь огородження. Товщини шарів і номери матеріалів приймаються за передостанньою цифрою номера залікової книжки, інші дані - за останньою цифрою цього номеру. Номери матеріалів, що вказані в табл. 1.1, є порядковими номерами матеріалів в таблицях додатку Л в [1].

 

Теплотехнічний Розрахунок

За умовами зимового періоду

 

Мета розрахунку.

В курсовій роботі теплотехнічний розрахунок зовнішньої огороджувальної конструкції за умовами зимового періоду виконується для термічно однорідної зовнішньої тришарової стіни житлової будівлі (нове будівництво). Метою розрахунку є визначення товщини шару утеплювача (шар № 2), що забезпечує виконання наступних нормативних вимог до теплозахисних показників непрозорих огороджувальних конструкцій за умовами зимового періоду

 

, (2.1)

(2.2)

(2.3)

 

де R _å- фактичний опір теплопередачі огородження, м²ּ⁰С/Вт; - нормативний міні­мально допустимий опір теплопередачі огородження відповідно до економічно обгрунтованих вимог раціонального використання енергоресурсів на опалення (приймається згідно з табл. 2.1 залежно від температурної зони району будівництва), м²ּ⁰С/Вт; - різниця між температурою внутрішнього повітря і приведеною температурою внутрішньої поверхні огороджувальної конструкції, ⁰С; - максимально допустима за санітарно-гігієнічними вимогами різниця між температурою внутрішнього повітря і приведеною температурою внутрішньої поверхні огороджувальної конс­трукції, ⁰С; - мінімальне значення температури на внутрішній поверхні огороджувальної конструкції, ⁰С; - температура точки роси при розрахункових значеннях температури й відносної вологості внутрішнього повітря, ⁰С.

Таблиця 2.1

Мінімально допустиме значення опору теплопередачі огороджувальної конструкції житлових та громадських будинків R_{q min}, м²∙К/Вт

 

№ поз.	Вид огороджувальної конструкції	Значення Rq minдля температурної зони**
І	II	III	IV
	Зовнішні стіни	2,8	2,5	2,2	2,0
2- а *	Покриття й перекриття неопалюваних горищ	4,95	4,5	3,9	3,3
2- б	3,3	3,0	2,6	2,2
	Перекриття над проїздами та холодними підвалами, що межують із холодним повітрям	3,5	3,3	3,0	2,5
	Перекриття над неопалюваними підвалами, що розташовані вище рівня землі	2,8	2,6	2,2	2,0
5- а *	Перекриття над неопалюваними неопалюваними підвалами, що розташовані нижче рівня землі*	3,75	3,45	3,0	2,7
5- б	2,5	2,3	2,0	1,8
6- а	Вікна, балконні двері, вітрини, вітражі, світлопрозорі фасади	0,6	0,56	0,5	0,45
6- б	0,5	0,5	0,5	0,45
	Вхідні двері в багатоквартирні житлові будинки та в громадські будинки	0,44	0,41	0,39	0,32
	Вхідні двері в малоповерхові будинки та в квартири, що розташовані на перших поверхах багатоповерхових будинків	0,6	0,56	0,54	0,45
	Вхідні двері в квартири, що розташовані вище першого поверху	0,25	0,25	0,25	0,25
* Для будинків садибного типу і будинків до чотирьох поверхів включно. **Температурну зону визначають по карті температурних зон України [1, дод.В].

 

 

Таблиця 2.2

РОЗРАХУНКОВІ ТЕМПЕРАТУРИ ЗОВНІШНЬОГО ПОВІТРЯ

ЗА ЗИМОВИМИ УМОВАМИ

(ДЛЯ ОЦІНКИ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМУ І ПОВІТРОПРОНИКНОСТІ ОГОРОДЖУВАЛЬНИХ КОНСТРУКЦІЙ ОПАЛЮВАНИХ БУДИНКІВ ЗА ЗИМОВИВИМИ УМОВАМИ)

 

Температурна зона	І	ІІ	ІІІ	ІV
Розрахункова температура зовнішнього повітря, °С	Мінус 22	Мінус 20	Мінус 18	Мінус 12

 

2.2. Визначення товщини шару утеплювача,

що забезпечує виконання нормативних вимог до

ОГОРОДЖУВАЛЬНОЇ КОНСТРУКЦІЇ

 

3.1. Основні джерела зволоження огороджень і форми звязку вологи з матеріалом.

На протязі опалювального періоду парціальний тиск (пружність) водяної пари в повітрі примі­щення, як правило, більш високий, ніж в зовнішньому повітрі. Тому в цей період відбувається процес дифузії водяної пари в напрямі від внутрішньої до зовнішньої поверхонь огородження. Наслідком такого процесу паропрониності може бути перезволоження окремих шарів огородження (в першу чергу шару утеплювача), що може суттєво знизити теплозахисні показники огородження.

Крім того на вологісний стан огороджувальних конструкцій можуть впливати й інші види вологи: технологічна (початкова) волога, внесена в конструкцію при її спорудженні або при застосуванні зволожених матеріалів; грунтова волога, що засмоктується капілярами фундаментів і стін після втрати непроникності гідроізоляції або при відсутності такої ізоляції; атмосферна волога у вигляді косих дощів абоінею, що утворюється, а при підвищенні температури тане на зовнішніх поверхнях огороджень; волога, що накопичується в конструкціях внаслідок процесів конденсації водяної пари в товщі або на поверхні огородження.

За природою енергії зв'язування вологи з матеріалом (речовиною) і величиною енергетичного рівня цього зв'язку розрізняють такі види вологи:

- волога хімічного зв'язку - входить до складу структурної решітки матеріалу у виді хімічних сполук і відрізняється високим енергетичним рівнем іонного й молекулярного зв'язку з речовиною;

- волога фізико-хімічного зв’язку (сорбційна волога) - поглина­ється поверхнею зерен матеріалу (речовини) силами молекулярного притягання;

- волога фізико-механічного зв’язку - рідка волога, що утримується в порах і капілярах матеріалу силами поверхневого натягу.

Для огороджувальних конструкцій, що знаходяться у тривалому контакті з повітряним середовищем і захищені від грунтової вологи шаром горизонтальної гідроізоляції, характерним є малий вологовміст. У цьому випадку процес зволоження огороджувальної конструкції відбувається внаслідок процесу паропроникності і, можливо, внаслідок процесів конденсації водяної пари в огородженні.

 

3.2. Мета розрахунку.

Розрахунок вологісного стану виконується з метою перевірки конструктивного рішення огородження на виконання нормативних вимог щодо обмеження накопичення вологи в конструкції внаслідок процесів паропроникності і конденсації водяної пари в товщі огородження.

Відповідно до норм [1] для обмеження негативного впливу паропроникності на теплозахисні показники огороджень потрібно, щоб огороджувальна конструкція задовольняла нормативній умові

 

(3.1)

 

де - розрахункове збільшення вологості матеріалу в товщі шару конструкції, в якому може відбуватися конденсація вологи, % за масою; - допустиме за теплоізоляційними характеристиками збіль­шення вологості матеріалу в шарі, де може відбуватися конденсація вологи, % за масою, встановлюється згідно [1, табл. 8] залежно від виду матеріалу.

 

ТЕПЛОТЕХНІЧНИЙ РОЗРАХУНОК

Мета розрахунку.

При теплотехнічних розрахунках зовнішніх огороджувальних конструкцій за літніми умовами розглядаються два фактори теплового впливу зовнішнього середовища: вплив сонячної радіації і тепловий вплив зовнішнього повітря. Розрахунковий тепловий режим зовнішнього середовища за літніх умов розглядається як періодичний з періодом в одну добу. Метою розрахунків є перевірка теплостійко­сті зовнішніх непрозорих огороджувальних конструкцій житлових та громадських будинків, навчальних та лікувальних закладів на вико­нання умови

 

, (4.1)

де – амплітуда коливань температури внутрішньоїповерхні огороджувальної конструкції за літніх умов; – нормативна максимально допустима амплітуда коливань температури внутрішньої поверхні зовнішньої непрозорої огороджувальної конструкції за літніх умов, дорівнює 2,5 ⁰С.

Мета рорахунку.

В курсовій роботі виконується розрахунок на повітропроникність непрозорої конструкції (тришарової зовнішьої стіни) і світлопрозорої конструкції (вікна) з метою перевірки цих огороджувальних конструкцій житлового будинку на відповідність умові

R_g ≥ R_g.н , (5.10)

 

де R_g і R_{g. н} – фактичний і необхідний опори повітропроникності огороджувальної конструкції (літера g в нижньому індексі походить від англійського gas, у перекладі – газ, оскільки повітря розгляда­ється як суміш газів).

З (5.10) випливають наступні вимоги до значень фактичних опорів повітропроникності і відповідно непрозорої і світлопрозорої конструкцій

 

³ , (5.10 а)

³ , (5.10 б)

 

де і – необхідні опори повітропроникності непрозорої і світлопрозорої конструкцій.

В курсовій роботі розрахунок на повітропроникність непрозорої конструкції виконується тільки для 1-го поверху, а для світлопрозорої конструкції – для першого і останього поверхів.

БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

 

 

Розрахунок

теплоізоляційної оболонки будівлі

 

Методичні вказівки

до курсової роботи з дисципліни «Будівельна

теплофізика» для студентів спеціальності 7.0921.08

“Теплогазопостачання і вентиляція”

 

 

 

 

Київ 2008

 

УДК 72. (0.75)

ББК 38.113

Т96

 

Укладачі: Ю.М.Кольчик, кандидат технічних наук, доцент;

В.О.Мельник, старший викладач.

 

Рецензент: І.Е.Фуртат, кандидат технічних наук, доцент

 

Відповідальний за випуск: Е.С.Малкін, доктор

технічних наук, професор

 

 

Затверджено на засіданні кафедри теплотехніки, протокол № 1 від 11 вересня 2006 року.

Розрахунок теплоізоляційної оболонки будівлі:

Т96 Методичні вказівки до курсової роботи /

Уклад.: Ю.М. Кольчик, В.О.Мельник. – К.: КНУБА, 2008. – 40 с.

 

Розглянуто інженерні методи теплотехнічного розрахунку теплоізоляційної оболонки опалюваної будівлі з метою приведення конструктивного рішення огороджувальної конструкції у відповідність до чинних нормативних вимог.

 

Призначені для студентів спеціальності 7.09221.08 – “Теплогазопостачання і вентиляція” для практичного використання при теплотехнічних розрахунках огороджувальних конструкцій.

 

ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ

 

Інженер-будівельник за фахом «Теплогазопостачання і венти­ляція» зобов’язаний володіти сучасними методами теплотехнічного розрахунку огороджувальних конструк­цій (теплоізоляційної оболонки) будівлі, має знати нормативні вимоги до теплотехнічних по­казників огороджень, повинен вміти спроектувати огороджувальні конструкції, що забезпечують раціональне використання енергетичних ресурсів на опалення, відповідають нормативним вимогам до санітарно-гігіє­нічних параметрів мікроклімату приміщень, забезпечують потрібну довговічність конструкцій під час експлуатації. З метою поглиб­лення знань і набуття практичних навичок у цій сфері студентами виконується курсова робота з дисципліни “Будівельна теплофі­зика”.

Курсова робота складається з розрахунку потрібної товщини шару утеплювача зовнішньої тришарової стіни житлового будинку за умовами зимового періоду, теплотехнічного розрахунку стіни за умовами літнього періоду, перевірки стіни на відповідність нормативним вимогам щодо вологісного режиму, перевірки повітропроникності стіни і вікна на відповідність нормативним вимогам до опору повітропроникності. Таким чином, курсова робота включає основні питання розрахунку процесів тепло- і масообміну в огороджувальних конструкціях.

При виконанні курсової роботи студент застосовує знання, отримані під час лекційних, практичних і лабораторних занять, на­буває практичних навичок у роботі з Державними будівельними нормами України, іншими нормативними документами і довідко­вими матеріалами.

Розрахунки в курсовій роботі потрібно подавати у наступній послідовності: (а) формулювання мети розрахунку, вибір і наве­дення формули для розрахунку з обов’язковим посиланні на джерела; (b) розшифровка позначень, що застосовуються у формулі, аргументований вибір числового значення кожної величини з обов’язковою вказівкою розмірностей; (c) підстановка в формулу числових значень відповідних величин і наведення кінцевого результату обчислення.

На підставі даних розрахунку конструктивне рішення огородження може бути відкориговане від­повідно до чинних нормативних вимог.

Курсову роботу потрібно завершувати списком використаних літературних джерел.

Курсова робота, що перевірена викладачем, має бути представлена до захисту у вигляді зброшурованої пояснювальної записки, що написана українською мовою на листах білого паперу формату А4. Рисунки і графіки рекомендується представляти на міліметрівці або виконувати їх засобами комп’ютерної графіки.

ЗМІСТ КУРСОВОЇ РОБОТИ

 

Розрахунок теплоізоляційної оболонки в курсовій роботі складається з чотирьох розділів.

Перший розділ – теплотехнічний розрахунок стіни житлового будинку за умовами зимового періоду і визначення товщини шару утеплювача (шар № 2) тришарової зовнішньої стіни, що має задовольняти чинним нормативним вимогам: (а) до максимально допустимої за санітарно-гігієнічних вимог різниці між температурами внутрішнього повітря в приміщенні і внутрішньої поверхні стіни; (б) до опору теплопередачі, який забезпечує раціональне використання енергоресурсів, що витрачаються на опалення.

Другий розділ - застосування графоаналітичного методу для розрахунку температурно-вологісного стану стіни за умовами періоду вологонакопичення і перевірка стіни на відповідність нормативним вимогам до вологісного режиму огороджувальних конструкцій. У разі потреби необхідно передбачити заходи для приведення теплотехнічних показників стіни у відповідність до нормативних вимог щодо вологісного режиму.

Третій розділ – теплотехнічний розрахунок стіни за літніми умовами експлуатації. Мета розрахунку – перевірка стіни на відповід­ність нормативним вимогам до теплостійкості огороджень за літніми умовами. У разі потреби передбачаються заходи, що забезпечують виконання нормативних вимог до теплотехнічних показників стіни за літніми умовами.

Четвертий розділ – перевірка стіни і вікна на відповідність нормативним вимогам до опору повітропроникності і коригування, в разі потреби, конструктивного рішення стіни і/або вікна для забезпечення опору повітропроникності, що відповідає нормативним вимогам.

Вихідні дані, потрібні для виконання курсової роботи, приведені в табл. 1.1.

 

Таблиця 1.1.

П	d 1	d 3	Номер/густина, кг/м^3, матеріалу	О	j в	Місто	m	Конструкція вікна (згідно табл. 5.2)
м	шару № 1	шару № 2	шару № 3	%
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
	0,04	0,1	81/2500	41/300	58/1600			Дніпрпет-ровськ		2-І
	0,05	0,12	82/2400	41/400	58/1800			Харків		2-ІІ
	0,06	0,11	64/1600	41/500	64/1400			Івано- Фраківськ		2-ІІІ
	0,07	0,08	64/1400	41/200	64/1600			Луганськ		2-І
	0,08	0,06	58/1800	42/400	82/2400			Миколаїв		2-ІІ
	0,1	0,04	58/1600	42/600	81/2500			Одеса		2-ІІІ
	0,09	0,05	64/1400	42/400	82/2400			Львів		2-І
	0,07	0,13	64/1600	41/200	81/2500			Луцьк		2-ІІ
	0,03	0,1	82/2400	41/500	58/1800			Житомир		2-ІІІ
	0,03	0,12	81/2500	41/300	58/1600			Симферо- поль		2-І
10 В таблиці жирним шрифтом виділені вихідні дані для номеру залікової книжки з останніми двома цифрами 72. 2. В таблиці позначено: П і О – передостання і остання цифри в номері залікової книжки студента; d 1і d 3– товщини першого і третього шарів стіни; m – кількість поверхів; j в – відносна вологість внутрішнього повітря.

Шари огородження в табл. 1.1 пронумеровані в загальноприйнятому напрямі - від внутрішньої до зовнішньої поверхонь огородження. Товщини шарів і номери матеріалів приймаються за передостанньою цифрою номера залікової книжки, інші дані - за останньою цифрою цього номеру. Номери матеріалів, що вказані в табл. 1.1, є порядковими номерами матеріалів в таблицях додатку Л в [1].

 

Теплотехнічний Розрахунок