2.Проектирование ограждающих конструкций по теплотехническим требованиям

Ограждающие конструкции зданий (наружные стены, покрытия, чердачные и междуэтажные перекрытия, полы, заполнения оконных и дверных проемов) служат для защиты людей и оборудования от неблагоприятных воздействий внешней среды.

Необходимая толщина ограждающей конструкции или вид заполнения светового проема определяется теплотехническими расчетами в соответствии с требованиями СНиП II-3-79* [2] в зависимости от климатических условий района строительства, влажностного режима помещений зданий и от применяемых для устройства ограждений материалов.

Влажностный режим помещения здания - сухой (табл.1[2]). Зона влажности - сухая [2, прил. Г]. Условия эксплуатации ограждающих конструкций - А ([2, прил. 2]). Расчетная зимняя температура воздуха (для наиболее холодной пятидневкиобеспеченностью0,92) t_H= -30°С [1, графа 21 таблицы].

2.1. Расчет требуемого сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций

Требуемое сопротивление теплопередаче наружной стены, отвечающей санитарно-гигиеническим и комфортным условиям, определяем по формуле:

где n - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху по данным табл. 3* [2] (для наружных стен и покрытий, перекрытий чердачных с кровлей из штучных материалов и над проездами n=1; для перекрытий чердачных с кровлей из рулонных материалов n=0,9);

t_в=16°С - расчетная температура внутреннего воздуха, ^оС, ([3,5]);

t_H= -30°С - расчетная зимняя температура наружного воздуха, ^оС, (см. п. 1.1);

∆t^Н=7^оС - нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемый по табл. 2* [2];

_в=8,7 Вт/(м^2оС) - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаемый по данным табл. 4* [2].

Градусо-сутки отопительного периода определяем по формуле:

ГСОП=(t_в-t_om.nep)z_om.nep=(16-(-4,9)*210=4389°С*суток, где

t_в=16°С - расчетная температура внутреннего воздуха, ^оС, ([3,5]);

t_om.nep ,z_om.nep -средняя температура, °С, и продолжительность, сут., периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8 °С [1] (см. п. 1.1).

t_om.nep= -4,9°С и z_om.nep=210 суток определены из граф 22 и 23 таблицы [1].

Требуемое сопротивление теплопередаче наружных стен из условий энергосбережения определяем интерполяцией данных табл. 16* [2] при ГСОП=4389°С*суток:

R_o^тр=1,8+(2,2-1,8)(4389-4000)/(6000-4000)=1,87 м^2оС/Вт.

Для дальнейших расчетов принимаем наибольшее значение R_o^тр=1,87 м^2оС/Вт.

2.2. Определение толщины слоев ограждающих конструкций

Толщину однородной сплошной необлеченной стены из силикатного кирпича плотностью 1800 кг/м³ и с коэффициентом теплопроводности =0,87 Вт/(м^2оС), определенных по данным прил. 3* [2] при условиях эксплуатации А, вычисляем по формуле:

,

где _н - коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающей конструкции принимаемый по табл. 6* [2]: для наружных стен и покрытий _н=23 Вт/(м^2оС);

_в=8,7 Вт/(м^2оС) - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаемый по данным табл. 4* [2].

Для уменьшения толщины стены рассмотрим многослойную облегченную каменную стену, состоящую из двух продольных рядов в 0,5 кирпича и теплоизоляционного слоя из пенобетона. Характеристика материалов наружной стены: силикатный кирпич плотностью 1800 кг/м³ и с коэффициентом теплопроводности =0,87 Вт/(м^2оС); пенобетон плотностью 1000 кг/м³ и с =0,41 Вт/(м²°С).

Размеры обыкновенного силикатного кирпича 25012088 мм. Толщина вертикальных швов составляет 10 мм, а горизонтальных – 12 мм. При толщине наружной стены 640 мм ширина теплоизоляционного слоя из пенобетона составляет 400 мм.

Рассмотрим участок наружной стены шириной 640 мм и высотой 512+88=600 мм (рис. 2.1).

Плоскостями, параллельными направлению теплового потока, часть стены условно разрезается на участки однородной конструкции из кирпича площадью F₁=0,64*0,088=0,0563 м² и неоднородной конструкции из кирпича и пенобетона площадью F₂=0,64*0,512=0,3277 м².

В расчетах наличием швов из цементно-песчаного раствора пренебрегаем.

Рис. 2.1. Облегченная кирпичная стена (размеры в мм): 1 - кирпичи; 2 - теплоизоляционный слой из пенобетона; 3- вертикальные швы; 4 - горизонтальные швы

Термическое сопротивление наружной стены R_a определяем по формуле:

м^2оС/Вт.

где термическое сопротивление однородного участка определено по формуле

R₁=/₂=0,64/0,87=0,5568 м²°С/Вт

и неоднородного участка R₂ - по формуле:

R₂=₁/_к+₂/_у+₃/_к=0,12/0,87+0,4/0,41+0,12/0,87=1,25 м²°С/Вт

Плоскостями, перпендикулярными направлению теплового потока, часть стены высотой 600 мм условно разрезается на однородные слои из кирпича толщиной ₁=₃=120 мм и неоднородные слои из кирпича и пенобетона толщиной ₂=400 мм. Термические сопротивления этих слоев определяем с учетом указаний к формулам:

для однородных слоев по формуле:

R₁’=R₃’=/_к=0,12/0,87=0,1379 м²°С/Вт

для неоднородных слоев по формуле:

м^2оС/Вт.

где для слоя из кирпича площадь F₂’=0,088*0,4=0,0352 м² и термическое сопротивление R₂'=₂/_к=0,4/0,87=0,46 м²°С/Вт, а для слоя из пенобетона площадь F₂”=0,512*0,4=0,2048 м² и термическое сопротивление R₂''=₂/_у=0,4/0,41=0,97 м²°С/Вт.

Термическое сопротивление наружной стены R_б определяем по формуле:

R_б=R₁'+R_а'+R₃'=0,1379+0,84+0,1379=1,12 м²°С/Вт

Приведенное термическое сопротивление наружной стены определяем по формуле:

м²°С/Вт

Приведенное сопротивление теплопередаче многослойной наружной стены определяем по формуле:

м²°С/Вт

Следовательно, принятая конструкция многослойной наружной стены облегченной кладки из силикатного кирпича плотностью _к=1800 кг/м³ с теплоизоляционным слоем из пенобетона плотностью _к=1000 кг/м³ не отвечает теплотехническим требованиям, так как не выполняется условие (2.3):

R_о=1,26 м²°С/Вт < =1,87 м²°С/Вт

Применим в качестве утеплителя вату минеральную.

Рассмотрим многослойную облегченную каменную стену, состоящую из двух продольных рядов в 0,5 кирпича и теплоизоляционного слоя из ваты минеральной. Характеристика материалов наружной стены: силикатный кирпич плотностью 1800 кг/м³ и с коэффициентом теплопроводности =0,87 Вт/(м^2оС); мин. вата плотностью 50 кг/м³ и с =0,06 Вт/(м²°С).

Размеры обыкновенного силикатного кирпича 25012088 мм. Толщина вертикальных швов составляет 10 мм, а горизонтальных – 12 мм. При толщине наружной стены 510 мм ширина теплоизоляционного слоя из мин. Ваты составляет 270 мм.

Рассмотрим участок наружной стены шириной 510 мм и высотой 512+88=600 мм (рис. 2.1).

Плоскостями, параллельными направлению теплового потока, часть стены условно разрезается на участки однородной конструкции из кирпича площадью F₁=0,51*0,088=0,0449 м² и неоднородной конструкции из кирпича и мин. ваты площадью F₂=0,51*0,512=0,2611 м².

В расчетах наличием швов из цементно-песчаного раствора пренебрегаем.

Термическое сопротивление наружной стены R_a определяем по формуле:

м^2оС/Вт.

где термическое сопротивление однородного участка определено по формуле

R₁=/₂=0,51/0,87=0,5862 м²°С/Вт

и неоднородного участка R₂ - по формуле:

R₂=₁/_к+₂/_у+₃/_к=0,12/0,87+0,27/0,06+0,12/0,87=4,7759 м²°С/Вт

Плоскостями, перпендикулярными направлению теплового потока, часть стены высотой 600 мм условно разрезается на однородные слои из кирпича толщиной ₁=₃=120 мм и неоднородные слои из кирпича и мин. ваты толщиной ₂=270 мм. Термические сопротивления этих слоев определяем с учетом указаний к формулам:

для однородных слоев по формуле:

R₁’=R₃’=/_к=0,12/0,87=0,1379 м²°С/Вт

для неоднородных слоев по формуле:

м^2оС/Вт.

где для слоя из кирпича площадь F₂’=0,088*0,27=0,0238 м² и термическое сопротивление R₂'=₂/_к=0,27/0,87=0,3103 м²°С/Вт, а для слоя из мин. ваты площадь F₂”=0,512*0,27=0,1382 м² и термическое сопротивление R₂''=₂/_у=0,27/0,06=4,5 м²°С/Вт.

Термическое сопротивление наружной стены R_б определяем по формуле:

R_б=R₁'+R_а'+R₃'=0,1379+1,514+0,1379=1,79 м²°С/Вт

Приведенное термическое сопротивление наружной стены определяем по формуле:

м²°С/Вт

Приведенное сопротивление теплопередаче многослойной наружной стены определяем по формуле:

м²°С/Вт

Следовательно, принятая конструкция многослойной наружной стены облегченной кладки из силикатного кирпича плотностью _к=1800 кг/м³ с теплоизоляционным слоем из мин. ваты плотностью _к=50 кг/м³ отвечает теплотехническим требованиям, так как выполняется условие (2.3):

R_о=2,13 м²°С/Вт > =1,93 м²°С/Вт