1.2 Расчет термического сопротивления совмещенного покрытия здания

Рисунок 1.2. Перекрытие здания.

- Битум нефтяной строительный, λ ₁ =0,17;

- Гравий керамзитовый, λ ₂ =0,13;

- Плотный силикатный бетон, λ ₃ =0,99.

Конструктивное решение представлено на рисунке 1.2. Предварительно, для нахождения термического сопротивления перекрытия определили толщину искомого слоя Х. Для этого по таблице 5.1.[1] выбираем нормативное сопротивление теплопередаче R^норм = 3,0(м²∙°С)/Вт.

Сопротивление искомого слоя находим по формуле:

Где, в - коэффициент теплопередачи наружной поверхности ограждающей конструкции, [1, таблица5.4.];

н - коэффициент теплопередачи наружной поверхности ограждающей конструкции для зимних условий, применяемый по таблице 5.7 [1].

Определяем толщину искомого слоя:

м.

Разделим конструкцию на повторяющиеся элементы, приняв, что данные элементы имеют правильную геометрическую форму прямоугольника со сторонами 0,1х0,1.

Определим термическое сопротивление элементов при условии деления их плоскостями, параллельными тепловому потоку. Конструктивное решение представлено на рисунке 1.2.1.:

Рисунок1.2.1 Элемент перекрытия

Где Ri – термическое сопротивление каждого слоя конструкции, (м²∙°С)/Вт.

Железобетонную плиту разбиваем на три слоя: два слоя железобетона и слой воздушной прослойки.

(м²∙°С)/Вт.

(м²∙°С)/Вт.

Коэффициент теплопроводности замкнутой воздушной прослойки при толщине 0,1м λ = 0,67(м²∙°С)/Вт.

Определяем площади элементов:

Термическое сопротивление элемента при условии деления его плоскостями параллельными тепловому потоку:

(м²∙°С)/Вт.

Находим термическое сопротивление элемента при условном делении его плоскостями, перпендикулярными тепловому потоку.

Рисунок 1.2.2 Конструкция перекрытия при условии деления его плоскостями, перпендикулярными тепловому потоку

;

(м²∙°С)/Вт.

(м²∙°С)/Вт.

Термическое сопротивление с отверстием определяем следующим образом:

(м²∙°С)/Вт.

Тогда, (м²∙°С)/Вт.

Термическое сопротивление находим:

(м²∙°С)/Вт.

Итак, получили: (м²∙°С)/Вт. (м²∙°С)/Вт.

Так как термическое сопротивление не превышает величину более чем на 25%, то термический расчет конструкции выполняют согласно формуле:

(м²∙°С)/Вт.

Вывод: данная конструкция перекрытия не удовлетворяет требованиям [1] по теплопроводности, так как нормативное сопротивление конструкции

R^норм = 3,0(м²∙°С)/Вт., что более расчетного сопротивления R=2.8(м²∙°С)/Вт.

2. Расчет температурного поля в многослойной конструкции

Определить температуры на границах слоев многослойной конструкции наружной стены , тепловой поток и глубину промерзания при следующих данных: t_в = 18 °С, t_н = -31 °С.

Рисунок 2.1 - Изменение температуры в наружной стене

- кирпич силикатный

λ ₁ = 0,69 Вт/( м ∙°С); S₁ = 8,59 Вт/(м² ∙°С);

- плиты торфяные теплоизоляционные

λ ₂ = 0,07 Вт/( м ∙°С); S₂ = 2,12 Вт/(м² ∙°С);

Определяем термическое сопротивление каждого слоя материала:

Нормативное сопротивление теплопередаче для наружных стен из штучных материалов согласно таблице 5.1 [1] R^норм = 2,0(м²∙°С)/Вт.

Для определения тепловой инерции стены находим термическое сопротивление отдельных слоев конструкции по формуле:

,

где δ – толщина рассматриваемого слоя, м ;

λ – коэффициент теплопроводности данного слоя, Вт/(м∙°С).

Вычислим термическое сопротивление отдельных слоев:

- туф

(м² ∙ ºС)/Вт;

- кирпичная кладка

( м² ∙ ºС)/Вт;

Термическое сопротивление плит полистиролбетонных R₂ находим из формулы:

где α_в – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности, выбираем по табл.5.4[1], α_в=8,7 Вт/(м²∙°С);

α_н – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности, выбираем по табл. 5.7[1], α_н=23 Вт/(м²∙°С);

– термическое сопротивление ограждающей конструкции

(м²∙°С)/Вт.

Отсюда следует что, термическое сопротивление слоя пенополистирольных плит находится по формуле:

.

Подставив значения в эту формулу, получим:

(м²∙°С)/Вт.

Рассчитаем требуемую толщину теплоизоляционного слоя:

м.

Рассчитаем общую толщину стены:

м.

Определим тепловой поток через трехслойную конструкцию при разности температур двух сред:

Вт/м²,

где t_в - температура внутреннего воздуха, °С;

t_н - температура наружного воздуха, °С .

Определяем температуры на границах слоев конструкции по формуле:

,

где t_x - температура в любой точке конструкции, °С;

R_x - часть термического сопротивления, находящегося между плоскостями c температурами t₁ и t_x, (м² ∙ ºС)/Вт.

ºС;

ºС;

ºС;

ºС;

Граница промерзания находится в слое торфяных плитах.

Определяем глубину промерзания в теплоизоляционном слое и составляем пропорцию:

;

Отсюда х=0,038 м;

Общая глубина промерзания в этом случае составит:

δ_пр = х+ δ₃=0,038+0,035=0,073 м.

Рисунок 2.2 – Глубина промерзания в теплоизоляционном слое

Рассмотрим данную задачу в случае, когда температура наружнего и внутреннего воздуха поменяны друг с другом .

Рисунок 2.3 - Изменение температуры в наружной стене

Значение термического сопротивления всей конструкции и теплового потока в этом случае останется прежним:

(м² ∙ ºС)/Вт;

Вт/м².

Определяем температуры на границах слоев конструкции по формуле:

,

где t_x - температура в любой точке конструкции, °С;

R_x - часть термического сопротивления, находящегося между плоскостями c температурами t₁ и t_x, (м² ∙ ºС)/Вт.

ºС;

ºС;

ºС;

ºС;

Граница промерзания находится в слое торфяных плит.

Определяем глубину промерзания в теплоизоляционном слое и составляем пропорцию:

;

Отсюда х=0,0619 м;

Общая глубина промерзания в этом случае составит:

δ_пр = х+ δ₃=0,062+0,25=0,312 м.

Рисунок 2.4 – Глубина промерзания в теплоизоляционном слое

Вывод: Глубина промерзания, в первом случае (теплоизоляция ближе к внутренней стороне здания) составляет 73 мм, во втором случае (теплоизоляция ближе к наружней стороне здания) 312 мм. Экономически целесообразнее делать теплоизоляция ближе к наружней стороне здания, при этом точка росы переносится в теплоизоляционный слой и стена незначительно промерзает в отличие от теплоизоляция, ближе к внутренней стороне здания. При наружной теплоизоляции ограждающая конструкция аккумулирует тепло, потери тепла минимальны.