Теплотехнический расчет наружных стен.

В данной работе необходимо сделать расчет для двух стен:

1)кирпичная стена

2)керамзитобетонная однослойная стена,

чтобы в дальнейшем можно было выбрать более эффективный вариант. 

 

1) кирпичная стена                       2)керамзитобетонная стена (δ₂)

(δ₁ - толщина штукатурки)                     с фактурными слоями (δ₁ и δ₃)     

                                          

                                     

 

 

δ₁=0,02 м                               δ₁= δ₃=0,025 м   

δ₂=х                                       δ₂=х

 

При проектировании наружных стен необходимо не только подобрать ограждение, отвечающее теплотехническим требованиям, но и учесть его экономичность.

При расчете наружных стен определяют их сопротивление теплопередаче.

Сопротивление теплопередаче R_o ограждающих конструкций принимают равным экономически оптимальному сопротивлению, но не менее требуемого R по санитарно-гигиеническим условиям.

 

Требуемое (минимально допустимое) сопротивление теплопередачи ограждающих конструкций определяют по формуле:

R о^тр = (tв- tн) / ( tв-τв)* Rв* n

R о^тр = (18+31)/4*0,133*1=1,63 (кирп.)

Где tв – расчетная температура внутреннего воздуха, принимается 18 С°

tн – расчетная зимняя температура наружного воздуха, принимается по СниП [3]

     = - 31 С°

       (tв-τв) = ∆t^н – нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, С°; нормируется в зависимости от функционального назначения помещений СниП[5] (для стен жилых домов ∆t^н <=6 С°=4)

Rв – сопротивление теплопередачи внутренней поверхности ограждения зависит от рельефа его внутренней поверхности; для гладких поверхностей стен Rв=0,133

 n - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху; по СниП [5] n=1

 

Расчетную температуру наружного воздуха tн принимают с учетом тепловой инерции Д ограждающих конструкций по СниП [3].При расчете ограждений сначала задаются величиной тепловой инерции Д.По ней выбирают расчетную температуру наружного воздуха tн и рассчитывают требуемое сопротивление теплопередачи R о^тр.

 

В курсовой работе расчеты проводятся при Д>7 (массивные конструкции), при этом расчетная зимняя температура наружного воздуха принимается как средняя температура наиболее холодной пятидневки : tн=-31°С

 

Затем определяют экономичное сопротивление теплопередаче по формуле :

 

где Ц_о – стоимость тепла 1 Гкал в руб.  = 298,15 руб/Гкал;

W_o – теплопотери за отопительный период, Гкал;

Е – коэффициент эффективности капитальных вложений (в данной курсовой работе принимается Е=0,15);

λ - коэффициент теплопроводности материала стен, ккал/(м.ч.град) (см. СНиП I-3-79** Строительная теплотехника [5]);

Ц_м – стоимость материала стен, руб/м³.

 

Для кирпичной стены	Для керамзитобетонной 1-слойной стены с фактурными слоями
Цо= 298,15 руб./Гкал Wо= 0,29Гкал. Е= 0,15  λ = 0,64ккал/(м.ч. град) Цм = 1600 руб./ м 3   Rо эк =√0,29*298,15/0,15 *0,64*1600= 0,750	Цо= 298,15 руб./Гкал Wо= 0,29Гкал. Е= 0,15  λ =  0,67/(м.ч. град) Цм =  1430 руб./ м 3   Rо эк =√0,29*298,15/0,15* 0,67*1430= 0,775

 

 

    

                              Wо = (tв- tн.ср) * N * r * z * d /10⁶

                     Wо = (18+4,4) * 253 * 24 * 1,4 * 1,5 /10⁶ = 0,29

 

 

Где tв – температура внутреннего воздуха, tв = 18 С°

    tн.ср – средняя температура отопительного периода, tн.ср = -4,4 С°

    N –отопительный период в течении года, N = 253 дня

    z – отопительный период в течение суток, z =24 часа.

      r - коэффициент неучтенных теплопотерь за счет инфильтрации воздуха через неплотности оконных переплетов, стыков, утоненных стен за отопительными приборами и др.; r = 1.4

    d -коэффициент, учитывающий единовременные и текущие затраты при устройстве и эксплуатации готовых сооружений средств отопления, теплосетей и др.;d = 1.5

 

Для выбора сопротивления Rо соблюдается условие : если Rо ^эк > Rо^тр

то Rо = Rо ^эк ; если Rо ^эк < Rо^тр ,то Rо = Rо^тр .При полученных расчетах для обоих видов стен Rо ^эк < Rо^тр , следовательно , Rо = Rо^тр= 1,63

 

Толщина стен определяется по формуле:

δ=[Ro – (Rв + Rн + δ1/λ1 + δ2/λ2)]λ

 

Где Rн =1 / αн - сопротивление теплопередачи наружной   поверхности ограждения, м ².ч. град/ккал; зависит от местоположения ограждения, для стен и покрытий северных районов Rн=0,05

     δ 1,2 – толщина слоя, м

   λ 1,2 - коэффициент теплопроводности материала слоя.

 

Для кирпичной стены	Для керамзитобетонной 1-слойной стены с фактурными слоями
Ro= 1,63 Rв=0,133 Rн=0,05  δ1=0,02 м δ2=х м λ1= 0,64 λ=0,52     δ=[1,63-(0,133+0,05+ 0,02/0,64)]*0,52= 0,736 округляя до стандартного размера штучных изделий, толщина кирпичной стены: δ=0,5 м= 3 кирпича .	Ro= 1,63 Rв=0,133 Rн=0,05  δ1=0,025 м δ2=х м λ1= 0,67 λ= 0,52     δ=[1,63-(0,133+0,05+ 2(0,025/0,67)*0,52= 0,701 принимаем толщину керамзитобетонной 1-слойной стены с фактурными слоями = 0,751

 

 

2.3. Расчет действительной величины тепловой инерции Д ограждающей конструкции:

 

                                             Д=∑Ri*Si

 

Где Si – коэффициент теплоусвоения слоя материала, по СниП (5)

    Ri – термическое сопротивление отдельного слоя ограждения определяется по формуле:

 

                                           Ri= δi / λi

 

 

Для кирпичной стены	Для керамзитобетонной 1-слойной стены с фактурными слоями
S1=10,42 S2=11,16 R1=0,02/0,64=0,03 R2=0,736/0,52= 1,4     Д=10,42*0,03+11,6*1,4=10,42 = 15,8	S1=S3=10,5 S2=11,6 R1=0,025/0,67=0,037 R2=0,701/0,52= 1,5     Д=10,5*0,037+11,6*1,5= 17,7

 

Изначальная величина Д>7 была выбрана верно, следовательно и значение tн имеет правильное значение.

 

 

В данной работе необходимо сделать расчет для двух стен: 1.кирпичная стена и 2. керамзитобетонная 1-слойная стена с фактурными слоями,что бы в дальнейшем можно было выбрать более эффективный вариант.

 

 

1 2

 

1. Кирпичная стена (δ₁ – толщина штукатурки)

2. Керамзитобетонная 1-слойная стена с фактурными слоями

2.4. Расчет фактического сопротивления теплопередаче:

              Ro=Rв+δ1/λ1+δ2/λ2+Rн

 

            

 

Для кирпичной стены	Для керамзитобетонной 1-слойной стены с фактурными слоями
Ro=0,133+0,02/0,64+0,736/0,52 +0,05= 1,6	Ro=0,133+2*(0,025/0,67+0,701/0,52) +0,05= 3,2

 

При этом полученные результаты соответствуют требованию: Rо >= Rо^тр

 

 

2.5. Расчет приведенных затрат (руб./м² стены)

 

                                 Пi = Сoi +Е*Кi

 

Где С io – текущие затраты на отопление, руб./м² стены в год.

    Кi – единовременные затраты (стоимость стены по вариантам), руб./м² 

     i - номер варианта ограждающей конструкции (i=1,2)

 

                                             Сoi= Woi* Цо/ Roi

Сo₁=0,29*298,15/1,63=54 руб./м² в год

Сo₂=0,29*298,15/3,2= 27 руб./м² в год

                                                   Кi = δi + Цмi

 

Для кирпичной стены	Для железобетонной с минеральной плитой
С o1= 54 руб./м² в год Е=0,15 К1=δ2*Цм=0,5*1600=800 руб./м²     П1=54+0,15*800= 174 руб./м² стены	Сo2= 27 руб./м² в год Е=0,15 К2=δ2*Цм=0,751*1430=1074 руб./м²     П2=27+0,15*1074= 188 руб./м² стены

 

           Сравнив полученные результаты, можно сделать вывод, что строительство дома с кирпичными стенами дешевле, чем с керамзитобетонными 1-слойными стенами,т.к. П1=174м² стены<П2=188м² стены, т.е. приведенные затраты руб./м² кирпичной стены являются минимальными.

 

2.6. Расчет коэффициента теплопередачи (Вт/м² град ºС) ограждающих конструкций:

 

                                          К=1/Rо= 1/1,63 =0,6

 

Расчет фундамента

    При определении глубины заложения фундамент в соответствии со СниП 2.02.01-83 (4 ) учитывают следующие основные факторы: влияние климата(глубину промерзания грунтов), инженерно-геологические, гидрологические и конструктивные особенности.

    Расчетную глубину сезонного промерзания определяют по формуле:

 

                           df = d1=kn*dfn=0.5*1,92=0,96

 

Где kn – коэффициент влияния теплового режима здания, принимаемый для  наружных фундаментов отапливаемых сооружений; СниП(4) kn=0,5

     dfn – нормативная глубина промерзания определяется по карте глубины промерзания dfn=1,92

 

 

    Глубину заложения внутренних фундаментов отапливаемых зданий принимают без учета промерзания, но не менее 0,5 м.

    Влияние геологии и гидрологии строительной площадки на глубину заложения фундамента d2 определяется по СНиП (4).Определяется величина df+2, которая сравнивается с dw (уровнем грунтовых вод), и исходя из полученного соотношения назначается глубина заложения фундамента d2.

 

                                        d2=0,96+2=2,96

 

Затем определяется влияние конструктивного характера на глубину заложения фундамента d3. Величина d3 определяется как сумма значений глубины (db) и толщины (hcf) пола в подвале и толщины слоя грунта от подошвы фундамента до низа конструкции пола в подвале (hs).

 

                     d3= db+hcf+hs=2.5+0.1+0.4=3 м.

 

 

    При окончательном назначении глубины заложения фундамента d принимают равным максимальному значения из величин:d1=0.96 d2=2,96 d3=3. d3=max=3 м.

Далее определяется площадь подошвы фундамента:

А=Fν/Ro-γ*d

Где Fν – расчетная нагрузка, приложенная к обрезу фундамента кН/м.

    Ro – расчетное сопротивление грунта основания, СниП (4); Ro=400 кПа

γср – средний удельный вес фундамента и грунта на его уступах. Обычно принимается при наличии подвала равным от16 до 19 кПа/м³ ; γср=18кПа/м³

 

    Для определения расчетной нагрузки, приложенной к обрезу фундамента, необходимо рассчитать постоянные и временные нагрузки. Нормативные нагрузки определяются по СниП (2) в соответствии с конструктивным решением здания.

    С учетом постоянных и временных нагрузок определяются нагрузки на фундамент наружной стены на уровне планировочной отметки грунта (по обрезу фундамента). Для этого предварительно на плане этажа здания выделяется грузовая площадь, которая определяется следующими контурами: расстояние между осями оконных проемов вдоль здания и половиной расстояния в чистоте между стенами поперек здания. Грузовая площадь Аг равна произведению длин сторон полученного четырехугольника.(Масштаб данного проекта – М: 1см=3 м.)

 

Аг=1,8*3*0,6*3=9,74

 

    Эту грузовую площадь принимают постоянной, пренебрегая ее уменьшением на первом этаже за счет увеличения ширины наружных и внутренних стен.

Постоянные нормативные нагрузки

Наименование нагрузки	Величина нагрузки
От веса покрытия	1,5
От веса чердачного перекрытия с утеплителем	3,8
От веса междуэтажного перекрытия	3,6
От веса перегородки	1,0
От веса карниза	2,0
От веса 1м. Кирпичной кладки	18

Временные нормативные нагрузки

Наименование нагрузки	Величина нагрузки
Снеговая на 1 м² горизонтальной проекции кровли	1,5
На 1 м² проекции чердачного перекрытия	0,7
На 1 м² проекции междуэтажного перекрытия	2,0

 

    φn1-коэффициент сочетания, применяется при количестве перекрытий 2 и более. Для квартир жилых зданий он определяется по формуле:

 

φn1=0,3+0,6/ √n=0.3+0.6/ √5=0,40

 

Где n- общее число перекрытий, от которых рассчитываются нагрузки фундамента.

 

Расчет постоянных нагрузок

Наименование нагрузки	Расчет нагрузки	Величина нагрузки
Вес покрытия	Нормат.нагрузка*Аг	1,5*9,74=14,61
Вес чердачного перекрытия	Нормат.нагрузка*Аг	3,8*9,74=37,01
Вес n междуэтажных перекрытий	Нормат.нагрузка*Аг*n	3,6*9,74*3=105,18
Вес перегородок на n этажах	Нормат.нагрузка*Аг*n	1,0*9,74*3=29,22
Вес карниза и стены выше чердачного перекрытия	(Норм.нагрузка на карниз+толщина стены*пролет*норм нагр. Кирпич.кладки)*расстояние между осями оконных проемов	(2,0+0,52*13,9*18) 5,4=686,34
Вес цоколя и стены 1-ого этажа за вычетом веса оконных проемов на длине, равной расстоянию между осями оконных проемов	Толщина стены 1-ого этажа*(высота цоколя и 1-го эт.*расстояние между осями оконных проемов  - высота оконного проема*длина оконного проема)*норм.нагрузка кирпичной кладки	0,52(4,2*5,4-0,6*1,2)*18=39,5
Вес стены со 2-ого этажа и выше за вычетом веса оконных проемов	Толщина стены*(высота этажа*расстояние между осями оконных проемов высота оконного проема*длина оконного проема)*кол-во этажей*норм.нагрузка кирпичной кладки	0,52(3*5,4-0,9*1,2)*5*18=859,2
Итого постоянная нагрузка		1614,26

 

Расчет временных нагрузок:

Наименование нагрузки	Расчет нагрузки	Величина нагрузки
Снеговая нагрузка	Нормат.нагрузка*Аг	1,5*9,74=14,61
На чердачное перекрытие	Нормат.нагрузка*Аг	0,7*9,74=6,818
На n междуэтажных перекрытий с учетом коэф-та φn1	Нормат.нагрузка*Аг*n* φn1	2*9,74*3*0,96=56,10
Итого временная нагрузка		77,53

 

 

   Далее все нагрузки суммируются, и определятся расчетная нагрузка на 1м наружной стены. Для этого нужно общую нагрузку (временную+постоянную) разделить на расстояние между осями оконных проемов вдоль здания.

 

                             Fv=1614,26+77,53/3=563,93

 

    После определения расчетной нагрузки можно произвести расчет площади подошвы фундамента:

 

А=563,93/400-18*3=1,62 м²

 

    Определив площадь подошвы фундамента, получаем требуемую ширину подошвы фундамента: для ленточного фундамента b=А/1м=1,62