Пример теплотехнического расчета наружной стены

Требуется определить толщину утеплителя в трехслойной кирпичной наружной стене в жилом здании, расположенном в г. Омске. Конструкция стены: внутренний слой – кирпичная кладка из обыкновенного глиняного кирпича толщиной 250 мм и плотностью 1800 кг/м³, наружный слой – кирпичная кладка из облицовочного кирпича толщиной 120 мм и плотностью 1800 кг/м³; между наружным и внутренними слоями расположен эффективный утеплитель из пенополистирола плотностью 40 кг/м³; наружный и внутренний слои соединяются между собой стеклопластиковыми гибкими связями диаметром 8 мм, расположенными с шагом 0,6 м.

1. Исходные данные

- Назначение здания – жилой дом

- Район строительства – г. Омск

- Расчетная температура внутреннего воздуха t_int = плюс 20 ⁰С

- Расчетная температура наружного воздуха t_ext = минус 37 ⁰С

- Расчетная влажность внутреннего воздуха – 55%

2. Определение нормируемого сопротивления теплопередаче

Определяется по таблице 4 [1] в зависимости от градусо-суток отопительного периода. Градусо-сутки отопительного периода, D_d, °С×сут, определяют по формуле 1, исходя из средней температуры наружного воздуха и продолжительности отопительного периода.

По СНиП 23-01-99* [3] определяем, что в г. Омске средняя температура наружного воздуха отопительного периода равна: t_ht = -8,4 ⁰С, продолжительность отопительного периода z_ht = 221 сут. Величина градусо-суток отопительного периода равна:

D_d = (t_int - t_ht) z_ht = (20 + 8,4)×221 = 6276 ⁰С сут.

Согласно табл. 4. [1] нормируемое сопротивление теплопередаче R_reg наружных стен для жилых зданий соответствующее значению D_d = 6276 ⁰С сут равно R_reg = a D_d + b = 0,00035×6276 + 1,4 = 3,60 м^{2 0}С/Вт.

3. Выбор конструктивного решения наружной стены

Конструктивное решение наружной стены предложено в задании и представляет собой трехслойное ограждение с внутренним слоем из кирпичной кладки толщиной 250 мм, наружным слоем из кирпичной кладки толщиной 120 мм, между наружным и внутренним слоем расположен утеплитель из пенополистирола. Наружный и внутренний слой соединяются между собой гибкими связями из стеклопластика диаметром 8 мм, расположенными с шагом 0,6 м.

4. Определение толщины утеплителя

Толщина утеплителя определяется по формуле 7:

d_ут = (R_reg./r – 1/a_int – d_кк/l_кк – 1/a_ext)× l_ут

где R_reg. – нормируемое сопротивление теплопередаче, м^{2 0}С/Вт; r – коэффициент теплотехнической однородности; a_int – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности, Вт/(м²×°С); a_ext – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности, Вт/(м²×°С); d_кк – толщина кирпичной кладки, м; l_кк – расчетный коэффициент теплопроводности кирпичной кладки, Вт/(м×°С); l_ут – расчетный коэффициент теплопроводности утеплителя, Вт/(м×°С).

Нормируемое сопротивление теплопередаче определено: R_reg = 3,60 м^{2 0}С/Вт.

Коэффициент теплотехнической однородности для кирпичной трехслойной стены со стеклопластиковыми гибкими связями составляет около r=0,995, и в расчетах может не учитываться (для информации – если применили стальные гибкие связи, то коэффициент теплотехнической однородности может достигать 0,6-0,7) .

Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности определяется по табл. 7 [1] a_int = 8,7 Вт/(м²×°С).

Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности принимается по таблице 8 [2] a_еxt = 23 Вт/(м²×°С).

Суммарная толщина кирпичной кладки составляет 370 мм или 0,37 м.

Расчетные коэффициенты теплопроводности используемых материалов определяются в зависимости от условий эксплуатации (А или Б). Условия эксплуатации определяются в следующей последовательности:

- по табл. 1 [1] определяем влажностный режим помещений: так как расчетная температура внутреннего воздуха +20 ⁰С, расчетная влажность 55%, влажностный режим помещений – нормальный;

- по приложению В (карта РФ) [1] определяем, что г. Омск расположен в сухой зоне;

- по табл. 2 [1], в зависимости от зоны влажности и влажностного режима помещений, определяем, что условия эксплуатации ограждающих конструкций – А.

По прил. Д [2] определяем коэффициенты теплопроводности для условий эксплуатации А: для пенополистирола ГОСТ 15588-86 плотностью 40 кг/м³ l_ут = 0,041 Вт/(м×°С); для кирпичной кладки из глиняного обыкновенного кирпича на цементно-песчаном растворе плотностью 1800 кг/м³ l_кк = 0,7 Вт/(м×°С).

Подставим все определенные значения в формулу 7 и рассчитываем минимальную толщину утеплителя из пенополистирола:

d_ут = (3,60 – 1/8,7 – 0,37/0,7 – 1/23)× 0,041 = 0,1194 м

Округляем полученное значение в большую сторону с точностью до 0,01 м: d_ут = 0,12 м. Выполняем проверочный расчет по формуле 5:

R₀ = (1/a_i + d_кк/l_кк + d_ут/l_ут + 1/a_e )

R₀ = (1/8,7 + 0,37/0,7 + 0,12/0,041 + 1/23 ) = 3,61 м^{2 0}С/Вт

5. Ограничение температуры и конденсации влаги на внутренней поверхности ограждающей конструкции

Расчетный температурный перепад Δt_o, °С, между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции не должен превышать нормируемых величин Δt_n, °С, установленных в таблице 5 [1], и определен следующим образом

Δt_o = n(t_int – t_ext)/( R₀ a_int ) = 1(20+37)/(3,61 х 8,7) = 1,8 ⁰С т.е. меньше, чем Δt_n, = 4,0 ⁰ С, определенное по таблице 5 [1].

Вывод: толщина утеплителя из пенополистирола в трехслойной кирпичной стене составляет 120 мм. При этом сопротивление теплопередаче наружной стены R₀ = 3,61 м^{2 0}С/Вт, что больше нормируемого сопротивления теплопередаче R_reg. = 3,60 м^{2 0}С/Вт на 0,01м^{2 0}С/Вт. Расчетный температурный перепад Δt_o, °С, между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции не превышает нормативное значение Δt_n,.

Пример теплотехнический расчета светопрозрачных ограждающих конструкций

Светопрозрачные ограждающие конструкции (окна) подбирают по следующей методике.

Нормируемое сопротивление теплопередаче R_reg определяется по таблице 4 СНиП 23-02-2003 [1] (колонка 6) в зависимости от градусо-суток отопительного периода D_d. При этом тип здания и D_d принимают как в предыдущем примере теплотехнического расчета светонепрозрачных ограждающих конструкций. В нашем случае D_d = 6276 ⁰С сут, тогда для окна жилого дома R_reg = a D_d + b = 0,00005×6276 + 0,3 = 0,61 м^{2 0}С/Вт.

Выбор светопрозрачных конструкций осуществляется по значению приведенного сопротивления теплопередаче R_o^r, полученному в результате сертификационных испытаний или по приложению Л Свода правил [2]. Если приведенное сопротивление теплопередаче выбранной светопрозрачной конструкции R_o^r, больше или равно R_reg, то эта конструкция удовлетворяет требованиям норм.

Вывод: для жилого дома в г. Омске принимаем окна в ПВХ-переплетах с двухкамерными стеклопакетами из стекла с твердым селективным покрытием и заполнением аргоном межстекольного пространства у которых R_о^r = 0,65 м^{2 0}С/Вт больше R_reg = 0,61 м^{2 0}С/Вт.

ЛИТЕРАТУРА

1. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий.
2. СП 23-101-2004. Проектирование тепловой защиты.
3. СНиП 23-01-99*. Строительная климатология.
4. СНиП 31-01-2003. Здания жилые многоквартирные.
5. СНиП 2.08.02-89^*. Общественные здания и сооружения.

Пахотин Г.А