1.Теплотехнический расчет однородных
ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ.
В простейшем виде ограждающая конструкция здания по своей расчетной схеме представляет плоскую конструкцию (стенку, плиту), ограниченную параллельными поверхностями. Она разделяет воздушные среды с различными температурами.
Цель теплотехнического расчета ограждающих конструкций - предание им необходимых теплозащитных качеств.
Ограждающая конструкция называется однородной, если выполнена из одного материала, и - слоистой, если состоит из нескольких материалов, слои которых расположены параллельно внешним поверхностям ограждения.
Коэффициент теплопроводности – одна из основных теплофизических характеристик строительных материалов. Он представляет собой количество тепла, которое проходит в единицу времени через 1м2 ограждения толщиной 1м при разности температур на его поверхностях в 1°С.
Коэффициент теплопроводности зависит от объемной массы (плотности) и влажности материала.
Через плоскую, однородную ограждающую конструкцию поток тепла проходит перпендикулярно к ее поверхности. Термическое сопротивление однородного ограждения или отдельного конструктивного слоя, входящего в состав слоистой конструкции определяется выражением:
м2·°С/Вт,
(1.1)
где δ - толщина ограждения, м;
λ - коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м2·°С)
Термическое сопротивление слоистой конструкции равно сумме термических сопротивлений слоев.
,
(1.2)
где δ1 … δn - толщина отдельных слоев, м;
λ1 … λn - коэффициенты теплопроводности материала слоев с учетом условий эксплуатации ограждающих конструкций.
При передаче тепла через ограждающую конструкцию в холодный период года происходит падение температуры от tВ до tН.
При этом общий температурный перепад (tВ - tН) состоит из суммы трех частных перепадов.
Температура внутренней поверхности τ В ограждающей конструкции в холодный период года более низка, чем температура воздуха помещения tВ, т.е. имеет место температурный перепад (tВ - τВ). В пределах толщины ограждающей конструкции температурный перепад равен (τВ - τН). Температура наружной поверхности конструкции τН несколько выше температуры наружного воздуха t Н, и перепад у этой поверхности составляет (τ Н - t Н).
Каждый из этих температурных перепадов вызван конкретным сопротивлением переносу тепла:
перепад (t В – τ В) - сопротивлением тепловосприятию RB;
перепад (τ В – τ Н) - термическим сопротивлением конструкции R;
перепад (τ Н – t Н) - сопротивлением теплоотдачи RH.
Общее сопротивление ограждающей конструкции теплопередаче
RO равно сумме всех отдельных сопротивлений:
м2·°С/Вт,
(1.3)
Сопротивление
тепловосприятию
;
Сопротивление
теплоотдаче
,
где αB и αH – соответственно коэффициент тепловосприятия и коэффициент теплоотдачи принимаются по таблице № 4*,6* (3).
Основное
условие расчета на зимний период
;
т.е. сопротивление теплопередачи ограждающей конструкции должно быть больше или равно требуемому сопротивлению, определяемому, исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий и из условий энергоснабжения.
Требуемое сопротивление теплопередачи ограждающих конструкций, отвечающих санитарно-гигиеническим и комфортным условиям, определяют по формуле:
;
(1.4)
где n - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху по табл.3*(3);
tB - расчетная температура внутреннего воздуха °C, принимаемая согласно ГОСТ 30494-96(5);
tH - расчетная зимняя температура наружного воздуха равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по СНиП 2.01.01-82(2);
ΔtH - нормативный температурный период между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемый по таблице №2*(3);
αB - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемой по таблице № 4*(3).
Для
нахождения требуемого сопротивления
ограждающей конструкции их условий
энергосбережения необходимо определить
градусосутки отопительного периода
района строительства и по полученной
величине по таблице № 1Б
найти требуемое сопротивление элементов
ограждающей оболочки,
;
;
(1.5)
где tB - расчетная температура внутреннего воздуха;
tот.пер - соответственно средняя температура °C и продолжительность отопительного периода, сутки.
Из двух найденных требуемых сопротивлений теплопередачи ограждающей конструкции в формулу основного условия расчета подставляем большее значение, решаем уравнение и определяем толщину утеплителя.
ПРИМЕР №1.1
Задание: Определить толщину кирпичной стены с термовкладышем
жилого дома для климатических условий г. Краснодара.
Климатические характеристики района строительства:
Рисунок 1.1 - Схема наружной стены |
1.Температура наружного воздуха tH=(-19 °С). 2.Температура внутреннего воздуха tB=+20 °С. 3.Нормативный температурный перепад ΔtB=4 °С. 4.Средняя температура наружного воздуха за отопительный период tот.пер=+1,5 °С. 5. Продолжительность отопительного периода z=152 сут. Теплотехнические характеристики материалов: Условия эксплуатации «А» 1.Внутренняя штукатурка – известково-песчаный раствор: плотность γ=1600 кг/м3 коэффициент теплопроводности λ=0,7 Вт/(м·°С) 2.Кирпич: плотность γ=1800 кг/м3 коэффициент теплопроводности λ=0,7 Вт/(м·°С) 3.Утеплитель – пенополистирол: плотность γ=100 кг/м3 коэффициент теплопроводности λ=0,041 Вт/(м·°С) |
РЕШЕНИЕ.
Определяем требуемое сопротивление теплопередаче стены, исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий.
м2·°С/Вт
Требуемое сопротивление теплопередачи, исходя из условий энергосбережения находим по таблице № 1Б (СНиП II-3-79*) предварительно определив градусосутки отопительного периода для района строительства.
откуда
м2·°С/Вт
(найдено
с помощью интерполяции)
Сопротивление теплопередачи данной конструкции стены складывается из сопротивлений теплопередачи всех слоев и сопротивлений теплопереходу:
;
;
;
откуда
м
Толщина
стены:
м
ПРИМЕР №1.2
Задание: Определить толщину наружной стены панельного жилого
дома в г. Тихорецке.
Климатические характеристики района строительства:
Рисунок 1.2 - Схема наружной стены |
1.Температура наружного воздуха tH=(-22 °С). 2.Температура внутреннего воздуха tB=+20 °С. 3.Нормативный температурный перепад ΔtB=4 °С. 4.Средняя температура наружного воздуха за отопительный период tот.пер=+0,2 °С. 5. Продолжительность отопительного периода z=162 сут. Теплотехнические характеристики материалов: Условия эксплуатации «А» 1.Внутренняя штукатурка – цементно-песчаный раствор: плотность γ=1800 кг/м3 коэффициент теплопроводности λ=0,76 Вт/(м·°С) 2.Керамзтобетон: плотность γ=1200 кг/м3 коэффициент теплопроводности λ=0,44 Вт/(м·°С) 3.Утеплитель – пенополистирол: плотность γ=100 кг/м3 коэффициент теплопроводности λ=0,041 Вт/(м·°С) |
РЕШЕНИЕ.
Определяем требуемое сопротивление теплопередаче стены, исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий.
м2·°С/Вт
Требуемое сопротивление теплопередачи, исходя из условий энергосбережения находим по таблице № 1Б (СНиП II-3-79*) предварительно определив градусосутки отопительного периода для района строительства.
откуда
м2·°С/Вт
(найдено
с помощью интерполяции).
Сопротивление теплопередачи данной конструкции стены складывается из сопротивлений теплопередачи всех слоев и сопротивлений теплопереходу:
;
;
;
откуда
м
Толщина
стены:
м