При выполнении теплотехнического расчета для зимних условий прежде всего необходимо убедиться, что конструктивное решение проектируемого ограждения позволяет обеспечить необходимые санитарно-гигиенические и комфортные условия микроклимата. Для этого требуемое сопротивление теплопередаче, м2×°C/Вт, определяют по формуле
(2.1)
где –
расчетная температура внутреннего воздуха, °С, принимаемая по нормам проектирования соответствующих зданий, [15];
–
расчетная зимняя температура, °С, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 [6, табл. 3.1], (см. прил. 6);
–
коэффициент, принимаемой в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху по [4, табл. 7], (табл. 2.2);
–
нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, °С, по [7, табл. 5], (табл. 2.3);
–
коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения, Вт/(м2×°С), по [7, табл. 4], (табл. 2.4).
Расчётные параметры внутреннего воздуха для жилого здания представлены в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Расчетные параметры внутреннего воздуха для жилого здания
Наименование помещения
Температура внутреннего воздуха , °С
Относительная влажность внутреннего воздуха jв, %
Жилая комната, квартира
50–55
Кухня квартиры
50–55
Лестничная клетка в жилом доме
50–55
Коридор в квартире
50–55
Жилая угловая комната
50–55
Примечание. В районах с температурой tхп =–31 °С и ниже в жилых комнатах надо принимать на 2 °С выше нормативной.
Таблица 2.2
Значение коэффициента n, учитывающего положение наружного ограждения по отношению к наружному воздуху
Ограждающие конструкции
Значение коэффициента n
1. Наружные стены и покрытия (в том числе вентилируемые наружным воздухом), перекрытия чердачные (с кровлей из штучных материалов) и над проездами; перекрытия над холодными (без ограждающих стенок) подпольями в Северной строительно-климатической зоне.
2. Перекрытия над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом; перекрытия чердачные (с кровлей из рулонных материалов); перекрытия над холодными (с ограждающими стенками) подпольями и холодными этажами в Северной строительно-климатической зоне.
0,9
3. Перекрытия над неотапливаемыми подвалами со световыми проемами в стенах.
0,75
4. Перекрытия над неотапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенные выше уровня земли.
0,6
5. Перекрытия над неотапливаемыми техническими подпольями, расположенные ниже уровня земли
0,4
Таблица 2.3
Значения нормируемого температурного перепада , °С
Здания и помещения
Нормативный температурный перепад , °С, для
наружных стен
покрытий и чердачных перекрытий
перекрытий над подвалами и подпольями
Жилые здания
Таблица 2.4
Значение коэффициента теплоотдачи у внутренней поверхности aв
Внутренняя поверхность ограждающих конструкций
Коэффициент теплоотдачи aв, Вт/(м2×°C)
1. Стен, полов, гладких потолков, потолков с выступающими ребрами при отношении высоты h ребер к расстоянию а между гранями соседних ребер h/a £ 0,3
2. Потолков с выступающими ребрами при отношении h/a > 0,3
3. Зенитных фонарей
8,7
Градусо-сутки, °С×сут, отопительного периода следует определять по формуле
D = (tв – toп)×Zoп, (2.2)
где tв –
то же, что и в уравнении (2.1);
toп –
средняя температура отопительного периода, °С, по [6, табл. 3.1], (см. прил. 6);
Zoп –
продолжительность отопительного периода, сут, по [6, табл. 3.1], (см. прил. 6);
Далее определяют предварительную толщину слоя утеплителя по формуле
(2.3)
где di –
толщина отдельных слоев ограждающей конструкции, м, по заданию;
li –
коэффициент теплопроводности отдельных слоев ограждающей конструкции в зависимости от условий эксплуатации ограждающей конструкции, Вт/(м×°С), по [4, прил. 3], (см. прил. 5);
lут –
коэффициент теплопроводности утепляющего слоя в зависимости от условий эксплуатации ограждающей конструкции, Вт/(м×°С), по [4, прил. 3], (см. прил.5);
aн –
коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения, Вт/(м2×°С), принимаем по [4, табл. 8], (табл. 2.5).
Таблица 2.5
Значения коэффициента теплоотдачи у наружной поверхности
Наружная поверхность ограждающих конструкций
Коэффициент теплоотдачи для зимних условий aн, Вт/(м2×°С)
1. Наружных стен, покрытий, перекрытий над проездами и над холодными (без ограждающих стенок) подпольями в Северной строительно-климатической зоне.
2. Перекрытий над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом; перекрытий над холодными (с ограждающими стенками) подпольями и холодными этажами в Северной строительно-климатической зоне.
3. Перекрытий чердачных и над неотапливаемыми подвалами со световыми проемами в стенах, а также наружных стен с воздушной прослойкой, вентилируемой наружным воздухом.
4. Перекрытий над неотапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенных выше уровня земли, и над неотапливаемыми техническими подпольями, расположенными ниже уровня земли
Определяют приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций, соответствующее высоким теплозащитным свойствам , м2×°С/Вт, по табл. 2.6 [7] в зависимости от полученного значения D и типа здания или помещения.
Таблица 2.6
Нормируемые значения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций
Здания и помещения, коэффициенты а и b
Градусо-сутки отопительного периода D, °С×сут
Нормируемые значения сопротивления теплопередаче , м2×°С/Вт, ограждающих конструкций
стен
покрытий и перекрытий над проездами
перекрытий чердачных, над неотапливаемыми подпольями и подвалами
окон и балконных дверей, витрин и витражей
фонарей с вертикальным остеклением
Жилые, лечебно-профилактические и детские учреждения, школы, интернаты, гостиницы и общежития
2,1
2,8
3,5
4,2
4,9
5,6
3,2
4,2
5,2
6,2
7,2
8,2
2,8
3,7
4,6
5,5
6,4
7,3
0,3
0,45
0,6
0,7
0,75
0,8
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
0,55
а
-
0,00035
0,0005
0,00045
-
0,000025
b
-
1,4
2,2
1,9
-
0,25
Окончание табл. 2.6
Общественные, кроме указанных выше, административные и бытовые, производственные и другие здания и помещения с влажным или мокрым режимом
1,8
2,4
3,0
3,6
4,2
4,8
2,4
3,2
4,0
4,8
5,6
6,4
2,0
2,7
3,4
4,1
4,8
5,5
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
0,55
а
-
0,0003
0,0004
0,00035
0,00005
0,000025
b
-
1,2
1,6
1,3
0,2
0,25
Производственные с сухим и нормальным режимами
1,4
1,8
2,2
2,6
3,0
3,4
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
1,4
1,8
2,2
2,6
3,0
3,4
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
а
-
0,0002
0,00025
0,0002
0,000025
0,000025
b
-
1,0
1,5
1,0
0,2
0,15
Примечания:
1. Значения для величин D, отличающихся от табличных, следует определять по формуле
,
где D –
градусо-сутки отопительного периода, °С×сут, для конкретного пункта;
a, b –
коэффициенты, значения которых следует принимать по данным таблицы для соответствующих групп зданий, за исключением графы 6 для группы зданий в поз. 1, где для интервала до 6000 °С×сут: a = 0,000075, b = 0,15; для интервала 6000–8000 °С×сут: a = 0,00005, b = 0,3; для интервала 8000 °С×сут и более: a = 0,000025, b = 0,5.
2. Нормируемое приведенное сопротивление теплопередаче глухой части балконных дверей должно быть не менее чем в 1,5 раза выше нормируемого сопротивления теплопередаче светопрозрачной части этих конструкций.
3. Если > – для дальнейших расчетов принимают , а если < – для расчетов принимают .
Вычисленное значение dут должно быть скорректировано в соответствии с требованиями унификации конструкции ограждений. Для наружных стеновых панелей – 0,20; 0,25; 0,30; 0,40; 0,50 м, для кирпичной кладки – 0,38, 0,51, 0,64, 0,77атология и геофизика..
После выбора общей толщины конструкции d0, м, и толщины утеплителя dут, м, уточняют фактическое общее сопротивление теплопередаче , м2×°С/Вт, для всех слоев ограждения по формуле
(2.4)
и проверяют условие
. (2.5)
Если условие (2.5) не выполняется, то целесообразно выбрать строительный материал с меньшим коэффициентом теплопроводности lут, Вт/(м×°С), или можно увеличить толщину утеплителя.
Коэффициент теплопередачи принятого ограждения стены , Вт/(м×°С), определяют из уравнения
, (2.6)
где –
общее фактическое сопротивление теплопередаче, принимаемое по уравнению (2.4), м2×°С/Вт.
Термическое сопротивление замкнутых воздушных прослоек представлено в табл. 2.7.
Таблица 2.7
Термическое сопротивление замкнутых воздушных прослоек Rвп
Толщина
воздушной
прослойки, м
Термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки Rвп, м2×°С/Вт
горизонтальной при потоке теплоты снизу вверх и вертикальной
горизонтальной при потоке теплоты сверху вниз
при температуре воздуха в прослойке
положительная
отрицательная
положительная
отрицательная
0,01
0,02
0,03
0,05
0,10
0,15
0,20-0,30
0,13
0,14
0,14
0,14
0,15
0,15
0,15
0,15
0,15
0,16
0,17
0,18
0,18
0,19
0,14
0,15
0,16
0,17
0,18
0,19
0,19
0,15
0,19
0,21
0,22
0,23
0,24
0,24
Примечание. При оклейке одной или обеих поверхностей воздушной прослойки алюминиевой фольгой термическое сопротивление следует увеличивать в 2 раза.
Пример 1
Теплотехнический расчет наружного ограждения стены
Исходные данные
1. Ограждающая конструкция стены здания, состоящая из трёх слоёв: монолитного тяжелого бетона γ1 = 2400 кг/м3 толщиной d1 = 0,16 м, слоя утеплителя из жестких минераловатных плит γ2 = 50 кг/м3; торкрет-бетона γ3 = 1700 кг/м3 толщиной d3 = 0,1 м.
Рисунок 1 – Ограждающая конструкция стены
2. Район строительства – г. Пенза.
3. Расчетная температура внутреннего воздуха tв = 20 °С.
4. Рассчитываемая ограждающая конструкция будет эксплуатироваться в условиях А [4, прил. 2], (см. прил. 3, 4);.
5. Значение теплотехнических характеристик и коэффициентов в формулах: tхп(0,92) = –27 °С (см. прил. 6); tоп = –4,1 °С (см. прил. 6); Zоп = 200 (см. прил. 6); λ1 = 1,74 Вт/(м2×◦С) [4, прил. 3], (см. прил. 5); lут = 0,052 Вт/(м2×◦С) [4, прил. 3], (см. прил. 5); λ3 = 0,70 Вт/(м2×◦С) [4, прил. 3], (см. прил. 5); aв = 8,7 Вт/(м2×°С) (см. табл. 2.4); Dtн = 4 °С (см. табл. 2.3); n = 1 (см. табл. 2.2); aн = 23 Вт/(м2×°С), (см. табл. 2.5).
Порядок расчета
1. Первоначально определяют требуемое сопротивление теплопередаче по формуле (2.1)
м×°С/Вт.
2. По формуле (2.2) рассчитывают градусо-сутки отопительного периода
D = (20 + 4,1)×200 = 4820 °С×сут.
3. Величина сопротивления теплопередаче ограждения с учетом энергосбережения , м2×°С/Вт, по [7, табл. 3] (см. табл. 2.6) равна: м×°С/Вт.
4. Сравнивают = 1,35 и = 3,087 м2×°С/Вт и принимают для дальнейших расчетов большее – .
5. Определяют предварительную толщину утеплителя из пенополистирола dут по уравнению (2.3)
dут = = 0,14 м.
Складывают общую толщину панели
dобщ = 0,16 + 0,14 + 0,1 = 0,4 м.
В соответствии с требованиями унификации принимают общую толщину слоя утеплителя dут = 0,15 м, тогда общая толщина стены dобщ = 0,41 м.
6. Уточняют общее фактическое сопротивление теплопередаче для всех слоев ограждения по выражению (2.4)
= м2×°С/Вт.
Таким образом, условие теплотехнического расчета выполнено, так как > (3,28 > 3,087).
7. Коэффициент теплопередачи для данной ограждающей конструкции определяют по уравнению (2.6)