Методика теплотехнічного розрахунку
При виконанні теплотехнічного розрахунку огороджувальних конструкцій будівель чи споруд (зовнішні стіни, покриття й перекриття і ін.) визначаються наступні параметри:
встановлюється температурна зона району будівництва відповідно до карти-схеми температурних зон України (малюнок 1);
визначається мінімально допустиме значення опору теплопередачі R q min, м2∙К/Вт, в залежності від призначення будівлі і виду огороджувальної конструкції (таблиця 1);
визначається тепловологісний режим приміщень будівлі в опалювальний період, за яким встановлюються умови експлуатації матеріалу (А чи Б) в огороджувальних конструкціях (додаток 2);
приймаються значення розрахункових теплофізичних характеристик будівельних матеріалів огороджувальної конструкції, що проектується, у відповідності до умов її експлуатації (додаток 4);
розраховується за теплотехнічними характеристиками необхідна товщина теплозахисного шару (утеплювача) δу ,м, за формулою
δу
=(
;
(5)
приймається товщина утеплювача згідно виробничим параметрам теплоізоляційних матеріалів і виробів стосовно їх розмірів, чинних ДСТУ або ГОСТ , але не менше розрахункових значень;
встановлюються остаточні розміри загальної товщини огороджувальної конструкції, що проектується, за наслідками теплотехнічного розрахунку з обліком конструктивних і техніко-економічних чинників, фізико - механічних властивостей і розмірів будівельних матеріалів і виробів, єдиної модульної системи та будівельних норм і правил;
розраховується сумарний опір теплопередачі за формулою 3;
виконується перевірка виконання обов’язкової умови проектування огороджувальних конструкцій за теплотехнічними та санітарно-гігієнічними вимогами за формулами 1, 2.
4. Приклади теплотехнічного розрахунку огороджувальних конструкцій
В даній роботі розглядаються приклади теплотехнічного розрахунку в зимових умовах термічно однорідних зовнішніх багатошарових конструкцій, що складаються з однорідних шарів.
Якщо зовнішня стіна прийнята з цегляного мурування, враховується те, що кладка стіни завжди кратна розмірам половинок цегли, тож приймається товщина огороджувальної оболонки найближчою до відповідних розмірів, що досягається за рахунок улаштування повітряного прошарку або заповнення його конструкційно-теплоізоляційними матеріалами.
Приклад 4.1. Визначити за теплотехнічними умовами товщину зовнішньої стіни 2-во поверхового житлового будинку, виконаної із цегли силікатної.
Вихідні дані:
Район будівництва – м. Дніпропетровськ:
а) знову споруджуваний житловий будинок;
б) зовнішня стіна – облегшена кладка із цегли силікатної багатошарової конструкції з використанням гнучких зв’язків (табл.4.1).
Таблиця 4.1
Конструкція стіни |
Розрахункові характеристики матеріалів |
δ3
δ2
δ1
120
δу-?
250
δ
(510) |
1 шар – кладка цегляна з повнотілої цегли силікатної на цементно-пісчаному розчині: 0=1800 кг/м3; 1 = 250 мм = 0,25м; 1Б = 0,87 Вт/м·К.
2 шар – утеплювач: мінераловатні плити на синтетичному в’яжучому негофрованої структури: 0 =175 кг/м3; у – ? уБ = 0,072 Вт/м·К.
3 шар – кладка цегляна з повнотілої лицьової цегли силікатної на цементно-пісчаному розчині: 0=1800 кг/м3; 3 = 120 мм = 0,12 м; 3Б = 0,87 Вт/м·К.
|
Виконання розрахунку:
За картою-схемою температурних зон України (мал.1) визначаємо, що м. Дніпропетровськ розташоване в II температурній зоні.
Мінімально допустиме значення опору теплопередачі зовнішніх стін житлових будинків для ІІ температурної зони становить R q min = 2,5 м2∙К/Вт.
За розрахунковими значеннями температури та вологості внутрішнього повітря житлових будинків (tв = 20°С і φв = 55%) визначаємо вологісний режим приміщень в опалювальний період – нормальний.
Умови експлуатації матеріалу в огороджувальних конструкціях при нормальному вологісному режимі – «Б».
За умовами експлуатації (Б) визначаємо розрахункові характеристики матеріалів (додаток 4). Дані зведені втабл.4.1.
Для здійснення теплотехнічного розрахунку приймаємо значення коефіцієнтів тепловіддачі внутрішньої αв=8,7 та зовнішньої αз=23,0 Вт/(м2 ·К) поверхонь огороджувальної конструкції, що проектується (табл.3).
Розраховуємо за теплотехнічними показниками необхідну товщину теплозахисного шару (утеплювача) δу ,м, за формулою 5
Приймаємо товщину утеплювача δу =0,14 м =140 мм.
Розраховуємо сумарний опір теплопередачі за формулою 3
(м2
·К)
/ Вт
Виконуємо перевірку виконання обов’язкової умови проектування огороджувальних конструкцій за теплотехнічними вимогами за формулою 1
RΣ ≥ R q min
2,53 2,5 (м2 ·К) / Вт
Обов’язкова умова виконується.
За розрахованими даними товщина зовнішньої стіни становить:
= 1 + 3 +у = 0.25 + 0.12 + 0.14 = 0.51(м) = 510 (мм).
що відповідає найближчому конструктивному розміру товщини стіни 510 мм.
П
20
Вихідні дані:
Район будівництва – м. Хмельницький:
а) знову споруджуваний будинок;
б) зовнішня стіна – облегшена кладка із цегли глиняної звичайної багатошарової конструкції з використанням гнучких зв’язків (табл.4.2).
Таблиця 4.2
Конструкція стіни |
Розрахункові характеристики матеріалів |
20
δу |
1. Мурування з глиняної звичайної цегли ГОСТ 530-80 на цементно-піщаному розчині М25: 0=1800 кг/м3; δ1 = 0,25+0,12 м; l1Б = 0,81 Вт/м·К 2. Повітряний прошарок: δ2 = 0,02м; Rпп = 0,14 м2∙К/Вт 3. Теплоізоляційні плити "Ізовер" з вітрозахисним облицюванням: δ3 = 0,025м; 3Б = 0,042 4. Теплоізоляційні плити "Ізовер": δ4 (δу) = ? м; l2Б = 0,049 Вт/м·К 5. Вапняно-піщана штукатурка: δ5 = 0,02м;l5Б = 0,93 Вт/м∙К 6. Металеві зв’язки з оцинкованої сталі Ø6 А240С через 600мм по довжині стіни та через 4-5 рядів кладки по висоті (в розрахунок не включається)
|
Виконання розрахунку:
За картою-схемою температурних зон України (мал.1) визначаємо, що м. Хмельницький розташоване в I температурній зоні.
Мінімально допустиме значення опору теплопередачі зовнішніх стін громадських будинків для І температурної зони R q min = 2,8 м2∙К/Вт (мал.1).
За розрахунковими значеннями температури та вологості внутрішнього повітря громадських будинків (tв = 20°С і 50≤φв≤60%) визначаємо вологісний режим приміщень в опалювальний період – нормальний.
Умови експлуатації матеріалу в огороджувальних конструкціях при нормальному вологісному режимі – «Б».
За умовами експлуатації (Б) визначаємо розрахункові характеристики матеріалів (додаток 4). Дані зведені втабл.4.2.
Коефіцієнти тепловіддачі внутрішньої та зовнішньої поверхонь зовнішньої стіни відповідно мають значення αв=8,7; αз=23,0 Вт/м2·К (табл.3).
Розраховуємо за теплотехнічними показниками необхідну товщину теплозахисного шару (утеплювача) δу ,м, за формулою 5
Приймаємо товщину утеплювача δу =0,08 м =80 мм.
Виконуємо перевірку виконання обов’язкової умови проектування огороджувальних конструкцій за теплотехнічними вимогами, для чого визначаємо сумарний опір теплопередачі зовнішньої стіни за формулою 3:
(м2·К)
/ Вт,
що відповідає вимозі (1)
RΣ ≥ R q min
3,0 > 2,8 (м2·К) / Вт
Обов’язкова умова виконується.
В даному випадку за розрахованими даними товщина зовнішньої стіни без урахування оздоблювального шару становить:
d = d1+d2+ d3+d4 = (0,12+0,25) + 0,02 + 0,025 + 0,08= 0,495 (м)
В
раховуючи,
що кладка стіни завжди кратна розмірам
половинок цегли, то найближчий розмір
товщини стіни буде 510 мм.
Збільшуємо розмір повітряного прошарку, який складе:
510-120-25-80-250 = 35 (мм)
Так як термічний опір замкнутого повітряного прошарку товщиною від 0,02 м до 0,05м дорівнює Rпп= 0,14 м2 · К/Вт, виконувати перерахунок значення сумарного опору теплопередачі зовнішньої стіни немає потреби.
Остаточні розміри конструкції зовнішньої огороджувальної стіни приведені на мал.4.1.
Мал.4.1. Проектна конструкція зовнішньої стіни
Приклад 4.3. Визначити за теплотехнічними умовами товщину перекриття неопалюваного горища садибного будинку.
Вихідні дані:
Район будівництва – м. Миколаїв (ІІІ температурна зона України).
Конструкція перекриття та розрахункові характеристики матеріалів зведені в таблицю 4.3.
Таблиця 4.3
Конструкція перекриття |
Розрахункові характеристики матеріалів |
|
1. Залізобетонна багатопорожнинна плита перекриття: 0=2500 кг/м3; δ1= 0,22м; 1Б = 2,04 Вт/м·К 2. Пароізоляція – (в розрахунок не включається) 3. Утеплювач – плити з мінеральної вати на синтетичному в’яжучому “ PAROC ”: 0=50 кг/м3; δ3(δу) = ? м; 2 Б= 0, 041 Вт/м·К
|
Виконання розрахунку:
Мінімально допустиме значення опору теплопередачі перекриття неопалюваного горища садибного будинку для ІІІ температурної зони України становить R q min = 3,9 м2∙К/Вт (мал.1).
За розрахунковими значеннями температури та вологості внутрішнього повітря житлових будинків (tв = 20°С і φв = 55%) визначаємо вологісний режим приміщень в опалювальний період – нормальний.
Умови експлуатації матеріалу в огороджувальних конструкціях при нормальному вологісному режимі – «Б».
За умовами експлуатації (Б) визначаємо розрахункові характеристики матеріалів (додаток 4). Дані зведені втабл.4.3.
Коефіцієнти тепловіддачі внутрішньої та зовнішньої поверхонь перекриття горищ відповідно мають значення αв=8,7; αз=12,0 Вт/м2·К (табл.3).
Розраховуємо за теплотехнічними показниками необхідну товщину теплозахисного шару (утеплювача) δу ,м, за формулою 5
Приймаємо товщину утеплювача δу =0,15 м =150 мм.
Виконуємо перевірку виконання обов’язкової умови проектування огороджувальних конструкцій за теплотехнічними вимогами, для чого визначаємо сумарний опір теплопередачі перекриття за формулою 3:
(м2·К)
/ Вт,
що відповідає вимозі (1)
RΣ ≥ R q min
3,96 > 3,9 (м2·К) / Вт
Обов’язкова умова виконується.
За розрахованими даними товщина перекриття неопалюваного горища садибного будинку становить:
δ = 1 + 3 = 0.22 + 0.15 = 0.37 (м) = 370 (мм).
Приклад 4.4. Визначити за теплотехнічними умовами товщину суміщеного покриття адміністративного будинку висотою до 4 поверхів.
Вихідні дані:
Район будівництва – м. Запоріжжя (ІІ температурна зона України).
Конструкція покриття та розрахункові характеристики матеріалів зведені в таблицю 4.4.
Таблиця 4.4
Конструкція покриття |
Розрахункові характеристики матеріалів |
|
1. Залізобетонна багато порожнинна плита перекриття: 0=2500 кг/м3; δ1= 0,22м; 1Б = 2,04 Вт/м·К 2. Пароізоляція – (в розрахунок не включається) 3. Утеплювач – плити пінополістирольні; 0=50 кг/м3; δ3(δу) = ? м; 2 Б= 0, 045 Вт/м·К 4. Цементно-піщана стяжка δ4=0,03м; 1Б = 0,87 Вт/м·К 5. 3-4-х шаровий рулонний килим із захисним шаром (в розрахунок не включається)
|
Виконання розрахунку:
Мінімально допустиме значення опору теплопередачі покриття адміністративного та громадського будинку висотою до 4 поверхів для ІІ температурної зони України становить R q min = 4,5 м2∙К/Вт (мал.1).
За розрахунковими значеннями температури та вологості внутрішнього повітря адміністративного будинку (tв = 20°С і φв = 55%) визначаємо вологісний режим приміщень в опалювальний період – нормальний.
Умови експлуатації матеріалу в огороджувальних конструкціях при нормальному вологісному режимі – «Б».
За умовами експлуатації (Б) визначаємо розрахункові характеристики матеріалів (додаток 4). Дані зведені втабл.4.4.
Для здійснення теплотехнічного розрахунку приймаємо значення коефіцієнтів тепловіддачі внутрішньої αв=8,7 та зовнішньої αз=23,0 Вт/(м2 ·К) поверхонь огороджувальної конструкції, що проектується (табл.3).
Розраховуємо за теплотехнічними показниками необхідну товщину теплозахисного шару (утеплювача) δу ,м, за формулою 5
Приймаємо товщину утеплювача δу =0,20 м =200 мм.
Виконуємо перевірку виконання обов’язкової умови проектування огороджувальних конструкцій за теплотехнічними вимогами, для чого визначаємо сумарний опір теплопередачі покриття за формулою 3:
(м2·К)
/ Вт,
що відповідає вимозі (1)
RΣ ≥ R q min
4,74 > 4,5 (м2·К) / Вт
Обов’язкова умова виконується.
За розрахованими даними товщина суміщеного покриття адміністративного будинку становить:
δ = 1 + 3 = 0.22 + 0.20 = 0.42 (м) =420 (мм).
Приклад 4.5. Визначити за теплотехнічними умовами товщину покриття 9-ти поверхового житлового будинку з теплим горищем.
Вихідні дані:
Район будівництва – м. Харків:
а) знову споруджуваний житловий будинок;
б) дах – роздільної конструкції з теплим горищем.
Конструкція покриття та розрахункові характеристики матеріалів зведені в таблицю 4.5.
Таблиця 4.5
Конструкція покриття |
Розрахункові характеристики матеріалів |
|
1 шар – ребриста залізобетонна плита покриття: 0=2500 кг/м3; δ1= 0,05м; 1Б = 2,04 Вт/м·К 2. Пароізоляція – (в розрахунок не включається) 3. Утеплювач – бетон ніздрюватий: 0=200 кг/м3; δ3(δу) = ? м; 2 Б= 0,074 Вт/м·К 4. Цементно-піщана стяжка δ4=0,03м; 1Б = 0,87 Вт/м·К 5. Рулонний килим із захисним шаром (в розрахунок не включається).
|
Виконання розрахунку:
За картою-схемою температурних зон України (мал.1) визначаємо, що м. Харків розташоване в І температурній зоні.
Мінімально допустиме значення опору теплопередачі покриття будинків більше 4-х поверхів для І температурної зони України R q min = 3,3 м2∙К/Вт.
За розрахунковими значеннями температури та вологості внутрішнього повітря житлових будинків (tв = 20°С і φв = 55%) визначаємо вологісний режим приміщень в опалювальний період – нормальний.
Умови експлуатації матеріалу в огороджувальних конструкціях при нормальному вологісному режимі – «Б».
За умовами експлуатації (Б) визначаємо розрахункові характеристики матеріалів (додаток 4). Дані зведені втабл.4.5.
Коефіцієнти тепловіддачі внутрішньої та зовнішньої поверхонь відповідно мають значення αв=8,7; αз=23,0 Вт/м2·К (табл.3).
Розраховуємо за теплотехнічними показниками необхідну товщину теплозахисного шару (утеплювача) δу ,м, за формулою 5
Приймаємо товщину утеплювача δу =0,25 м =250 мм.
Розраховуємо сумарний опір теплопередачі за формулою 3
(м2
·К)
/ Вт
Виконуємо перевірку виконання обов’язкової умови проектування огороджувальних конструкцій за теплотехнічними вимогами за формулою 1
RΣ ≥ R q min
3,59 3,3 (м2 ·К) / Вт
Обов’язкова умова виконується.
За розрахованими даними товщина покриття 9-ти поверхового житлового будинку з теплим горищем становить:
δ. = 1 + 4 +у = 0.05 + 0.25 + 0.03 = 0.33 (м) = 330 (мм).