Расчет сопротивления теплопередаче наружной стены жилого дома

 

Исходные данные

 

1. Ограждающая конструкция – наружная стена из многослойных железобетонных панелей с утеплителем из мягких минераловатных плит (ρ g = 100 кг/м³) толщиной d = 0,08 м, общая толщина панели d_п = 0,30 м

2. Здание – жилое.

3. Пункт строительства – Великий Новгород.

 

Порядок расчета

 

Расчетная температура внутреннего воздуха t_intв = 1820 ^оС,[ табл. 16, прил. 4], относительная влажность j = 55%, табл. 1. [1].

Следовательно, влажностный режим помещения – нормальный, табл.31.

 

 

Рис. 41. Разрез ограждающей конструкции

 

d₁ = 0,12 м; d₂ = 0,08 м; d₃ = 0,10 м;

 

Великий Новгород находится в строительно-климатической зоне II В [2], и во II зоне по влажности (нормальной), прил. 21. [1, прил. 1].

При нормальном влажностном режиме помещения в нормальной зоне по влажности – условия эксплуатации "Б", прил. 32. [1, прил. 2].

 

t_intв = 2018 ^оС табл. 1 [6, табл. 4]

n = 1 табл. 53 [1, табл. 3^*]

Dt_nн = 4 ^оС табл. 42

a_iв = 8,7 табл. 64

a_eн = 23 (табл. 75)

S₁ = S = 16,95 прил. 54 [1, прил. 3^*]

S₂ = 0,73

l₁ = l₃ = 2,04

l₂ = 0,07

 

 

1. Зимнюю температуру наружного воздуха t_eн принимаем в соответствии с п. 1.1. Для указанного пункта строительства (Великий Новгород) она равна t_eн = -27 ^оС, [2].

2. Требуемое сопротивление теплопередаче определяем по формуле (3):

R₀ ^req о.тр = 1[2018 - (- 27)] / 4,0 × 8,7 = 1,3529 м^{2 о}С/Вт

3. Термическое сопротивление отдельных слоев конструкции определяем по формуле (4):

R₁ = d₁ / l₁ = 0,12 / 2,04 = 0,059 = 0,06

R₁ = d₂ / l₂ = 0,08 / 0,07 = 1,143 = 1,14

R₃ = d₃ / l₃ = 0,049 = 0,05

4. Термическое сопротивление ограждающей конструкции R_к рассчитываем по формуле (5), учитывая п. 1.2.:

R_kк = 0,06 + 1,14 + 0,05 = 1,25 м²×^оС/Вт

5. Сопротивление теплопередаче R_о многослойной панели определяем по формуле (8):

R_о = 1/8,7 + 1,25 + 1/23 = 1,41 м²×^оС/Вт

Первое условие – R_о ³ R₀ ^req R_о.тр – выполняется:

1,41 м²×^оС/Вт > 1,3529 м²×^оС/Вт

6. Подсчитываем градусо-сутки отопительного периода (D_d ГСОП) по формуле (9):

для Великого Новгорода t_от.пер = -2,36 ^оС

z_от.пер = 2210 сут.

D_d ГСОП = [1820-(-2,36)]2210 = 4928486,3532 гр. сут.

7. Проверяем условие энергосбережения, по табл. 6

R_o ^req_о.тр = 3,122,973,0 м²×^оС/Вт

Сопротивление теплопередаче R_o меньше нормируемого значения.Условие энергосбережения не выполняется, т.к.

R₀ ^req R_о = 1,41 м²×^оС/Вт < R_o^req R^II_о.тр = 3,122,973,0 м²×^оС/Вт

- условие не выполняется.

Таким образом, наружная ограждающая конструкция с толщиной утеплителя 0,08 м не отвечает предъявленным требованиям, и поэтому не может применяться для рассматриваемого варианта.

8. Рассчитаем толщину ограждающей конструкции, которая соответствовала бы требуемым условиям, изменяя толщину утеплителя.

R^req RIIо.тр = 1/a_в + R₁ + d_ут/l_ут + R₃ + 1/a_ен

Отсюда

d_ут = (R₀ ^req RIIо.тр – R₁ – R₃ – 1/ a_iв – 1 /a_ен) × l_ут =

= (3,122,973,0 – 0,06 – 0,05 – 0,11 – 0,04) × 0,07 = 0,2019 м

Вывод: Предлагаемая ограждающая конструкция может быть применена для рассматриваемого варианта в Великом Новгороде при толщине утеплителя не менее 0,2019 м.

Пример 2

Расчет сопротивления теплопередаче неоднородной

Ограждающей конструкции

 

Исходные данные

 

1. Ограждающая конструкция – наружная стена из асбестоцементных панелей (ρg = 1800 кг/м³) с утеплителем из пенополиуретана (g ρ = 60 кг/м³) толщиной 0,06 м, общая толщина панели d_п = 0,08 м, высота 0,6 м, длина 6 м; с учетом горизонтального стыка из пенополистерола (ρg = 150 кг/м³).

2. Здание производственное.

3. Пункт строительства – г. Великий Новгород.

 

Порядок расчета

 

Расчетная температура внутреннего воздуха t_intв = 18 ^оС, относительная влажность j = 55%. Следовательно, влажностный режим помещения нормальный (табл. 31).

При условиях эксплуатации "Б" (см. пример 1):

t_intв = 18 ^оС

n = 1

Dt_nн = 8 ^оС

a_iв = 8,7

a_eн = 23

l_асб = 0,52 прил. 54

l_утепл = 0,041

l_{пенополистер} = 0,06

S_асб = 8,12

S_утепл = 0,55

S_{пенополистер} = 0,99

1. Панель условно разрезается плоскостями:

а) параллельными направлению теплового потока на участки I–XIV

(см. рис. 52);

б) перпендикулярными направлению теплового потока на слои 1-5

(см. рис. 52).

Рис. 52. Расчетная схема панели

 

2. Рассчитываем термическое сопротивление (R) согласно пункта 1.4

 

а) участков I-XIV:

- однородных участков по формуле 4;

R_I = R_III = R_VII = R_IX = R_XI = R_XIII =

- неоднородных участков по формуле 5:

R_II = R_IV = R_VI = R_X = R_XII = R_XIV =

R_VIII =

Определяем суммарную площадь этих участков с учетом длины панели

6 м:

FА_I + FА_III + FА_V + FА_VII + FА_IX + FА_XI + FА_XIII = 0,01 ´ 6 ´ 7 = 0,42 м²

FА_II + FА_IV + FА_VI + FА_X + FА_XII + FА_XIV = 0,084 ´ 6 ´ 6 = 3,024 м²

FА_VIII = 0,026 ´ 6 = 0,156 м²

 

Тогда термическое сопротивление R_аТа всех участков I-XIV согласно формуле 6 будет равно

R_аТ =

 

б) Рассчитаем термическое сопротивление:

- для однородных слоев 1 и 5 по формуле 3:

R₁ = R₅ =

- для неоднородных слоев 2, 3, 4 по формуле 6:

Тогда термическое сопротивление R_б всех слоев 1-5 согласно формуле 5 будет равно:

R_Тб = R₁ + R₂ + R₃ + R₄ + R₅ = 0, 019 ´ 2 + 0,085 ´ 2 + 0,406 = 0,614

 

3. Сравниваем величины R_аТ и R_Тб.

4. Поскольку величина R_аТ = 0,727 превышает величину

R_Тб = 0,614 не более чем на 25 %, то приведенное термическое сопротивление определяется по формуле 7:

5. Рассчитаем сопротивление теплопередаче данной ограждающей конструкции:

R_о =

 

6. Подсчитываем градусо-сутки отопительного периода (D_d ГСОП) для Великого Новгорода по формуле 9:

D_d ГСОП = [18-(-2,36)] 2210 = 4486,3532 гр.сут.

 

7. Проверяем условие энергосбережения по табл. 86:

Сопротивление теплопередаче панели ниже нормируемого значенияУсловие энергосбережения не выполняется, т.к.

R_о = 0,81 < 1,901

 

Таким образом, предлагаемая наружная ограждающая конструкция не отвечает предъявляемым современным требованиям и поэтому не может быть применима в Великом Новгороде.

32. ОЦЕНКА ТЕПЛОУСТОЙЧИВОСТИ ОГРАЖДАЮЩИХ

КОНСТРУКЦИЙ

 

Колебания температуры внутренней поверхности стен и покрытий возникают в основном в результате изменения температуры наружного воздуха. Свойство ограждения сохранять постоянство или ограничивать колебания температуры на внутренних поверхностях называют теплоустойчивостью.

В современном строительстве или применении легких ограждений фактор теплоустойчивости приобрел особое значение. В возводимых зданиях ограждения обычно имеют небольшую толщину, поэтому колебания температуры не затухают в толще ограждения и в значительной мере передаются с наружной поверхности на внутреннюю.

Мерой интенсивности затухания колебаний температуры является безразмерная величина D Д, называемая показателем тепловой инерции ограждения. Для теплофизически однородного слоя конструкции

DД = R × S (10)

где R – термическое сопротивление, ;

S – коэффициент теплоусвоения, .

 

Коэффициент теплоусвоения (S) по своему физическому смыслу является коэффициентом теплообмена при передаче через ограждение периодических тепловых воздействий путем теплопроводности.

Ограждения при одинаковом сопротивлении теплопередаче могут обладать различной тепловой инерцией, т.е. свойством в различной мере воспринимать тепло при периодическом колебании температуры наружного воздуха.

Ограждающие конструкции считаются:

- легкими при DД £ 4;

- средней массивности при 4 < DД £ 7;

- массивными при DД > 7.

Теплоустойчивость ограждения зависит от порядка расположения слоев и от того, какой материал будет располагаться в слое резких колебаний, который непосредственно прилегает к наружной поверхности.

Расчеты многослойных ограждений показывают, что конструкция более теплоустойчива, когда материал с высоким коэффициентом теплоусвоения располагается с внутренней стороны ограждения.

Наличие в конструкции ограждения воздушной прослойки увеличивает теплоустойчивость конструкции. В замкнутой воздушной прослойке целесообразно устраивать теплоизоляцию с теплоотражающей поверхностью. Слои конструкции, расположенные между вентилируемой наружным воздухом воздушной прослойкой и наружной поверхностью ограждающей конструкции должны иметь как можно меньшую толщину, поэтому целесообразно применять тонкие металлические или асбестоцементные листы.

Расчет теплоустойчивости заключается в проверке теплотехнических свойств ограждающей конструкции согласно [I, гл. 73].

В теплый период года Вв районах со среднемесячной температурой июля 21 ^оС и выше амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности ограждающих конструкций зданий Аt_intв не должна быть более требуемой амплитуды Аt_в^тр при тепловой инерции наружных стен DД менее 4 и покрытий менее 5.

 

2.1. Тепловую инерцию ДD ограждающей конструкции следует определять по формуле:

DД = R₁×S₁ + R₂×S₂ + … + R_n×S_n, (11)

где R₁, R₂, …R_n – термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, , определяемые по формуле (3) (см. п. 1.2.);

S₁, S₂, … S_n – расчетные коэффициенты теплоусвоения материала отдельных слоев ограждающей конструкции, , принимаемые в зависимости от условий эксплуатации "А" или "Б" по прил. 54.2 [I, прил. 3^*].

 

2.2. Требуемая амплитуда колебаний внутренней поверхности ограждения Аt_в^тр определяется по формуле

Аt_в^тр = 2,5 – 0,1×(t_extн – 21),

где t_extн – среднемесячная температура наружного воздуха за июль, ^оС, [2].

 

2.3. Амплитуду колебаний температуры внутренней поверхности ограждения следует определять по формуле

(13)

 

2.4. Аt_н^расч – расчетная амплитуда колебаний температуры наружного воздуха, ^оС, определяемая:

А t_н^desрасч = 0,5 А _t,t_extн + , (14)

где r - коэффициент поглощения солнечной радиации материалом наружной поверхности конструкции, прил. 65; [I, прил. 7];

А t_extt_н – максимальная амплитуда суточных колебаний температуры наружного воздуха в июле, ^оС [2,3];, прил. 2];

JI_maxмакс, JI_aνср – соответственно максимальное и среднее значения суммарной (прямой и рассеянной) солнечной радиации для вертикальных поверхностей западной ориентации, Вт/м², [СП 23-101], прил. 87;2, прил. 7];

a_ен – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции по летним условиям, :

a_ен = 1,16×(5 + 10 ), (15)

где – минимальная из средних скоростей ветра по румбам за июль, повторяемость которых составляет 16 % и более, но не менее 1 м/с [2].[2, прил. 4].

 

2.5. Величину затухания расчетной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха v в ограждающей конструкции следует определять по формуле

v = 0,9 (16)

где е = 2,718 – основание натуральных логарифмов;

S₁, S₂,…S_n – расчетные коэффициенты теплоусвоения материала отдельных слоев ограждающей конструкции, , принимаемые по прил. 54;2 [1, прил. 3^*];

Y₁, Y₂,…Y_n – коэффициенты теплоусвоения наружной поверхности отдельных слоев ограждающей конструкции, , определяемые согласно п. 2.6;

a_iв – то же, что в формуле 3;

a_eн – то же, что в формуле 14.

 

Порядок нумерации слоев принят в направлении от внутренней поверхности к наружной.

 

Для многослойной неоднородной конструкции с теплопроводными включениями в виде обрамляющих рёбер v следует определять согласно ГОСТ 26253-84 "Здания и сооружения. Метод определения теплоустойчивости ограждающих конструкций".

2.6. Коэффициент теплоусвоения слоя Y с тепловой инерцией D ³ 1 следует принимать равным расчетному коэффициенту теплоусвоения S материала этого слоя.

При D £ 1коэффициент теплоусвоения слоя определяется расчетом:

для первого слоя – Y₁ = ; (17)

для i -го слоя - Y_i = ; (18)

где R₁,R_i и S₁, S_i см п. 2.1.

 

В холодный период года

Расчетная амплитуда колебаний температуры помещений жилых и общественных зданий , ⁰С, не должна превышать ее нормируемого значения в течение суток:

- при наличии центрального отопления и печей при непрерывной топке – 1,5⁰С;

- при стационарном электро-теплоаккумулирующем отоплении – 2,5⁰С;

- при печном отоплении с периодической топкой – 3⁰С.

При наличии в здании отопления с автоматическим регулированием температуры внутреннего воздуха теплоустойчивость помещений в холодный период года не нормируется.

2.7. Расчетная амплитуда колебаний температуры воздуха в помещении , ⁰С определяется по формуле

, (19)

где М – коэффициент неравномерности теплоотдачи нагревательным прибором, принимаемый по табл. 9;

Q_о – средняя теплоотдача отопительного прибора, Вт, равная теплопотерям в соответствии с нормативными документами;

А_i – площадь i -й ограждающей конструкции, м²;

В_i – коэффициент теплопоглощения поверхности i - го ограждения, Вт/м²·⁰С, определяемый по формуле

В_i = 1/[(1/ , (20)

где - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, Вт/м²·⁰С, равный 4,5 + α_k;

α_k – коэффициент конвективного теплообмена внутренней поверхности, Вт/м²·⁰С, принимаемый равным для:

- внутреннего ограждения - 1,2;

- окна - 3,5;

- пола - 1,5;

- потолка - 3,5;

- коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности i-й ограждающей конструкции, Вт/м²·⁰С, определяемый согласно [3].

Нумерация слоев принимается в направлении от внутренней поверхности ограждения к наружной.

 

Пример 3