Теплотехнічний розрахунок конструкцій, що обгороджують
Зовнішні конструкції будинків що обгороджують забезпечують захист мікроклімату у приміщенні від впливів зовнішнього середовища. У зимовий період року вони зберігають теплоту, у літню пору - захищають від впливу сонячної радіації. Грамотний їхній розрахунок забезпечує значне зниження енергоспоживання будинком. Основною величиною, що характеризує теплозахисні властивості конструкцій, є їхній опір теплопередачі.
Оптимальний опір теплопередачі стіни
Чим більше опір теплопередачі зовнішнього огородження, тим кращі їх теплозахисні властивості, але тим вище вартість цих конструкцій. Чим менше цей опір, тим дешевше обходиться будівництво споруди, але більші витрати на експлуатацію систем опалення й кондиціювання повітря в цьому будинку.
Згідно з [5] оптимальний опір теплопередачі буде в тій конструкції, у якій річні наведені витрати мінімальні. Для визначення мінімальних наведених витрат, (Пmin), проводиться теплотехнічний розрахунок стіни. Розрахунок виконуємо за такою методикою:
Обчислюємо фактичний опір теплопередачі стіни, Rф, м2 0С/Вт, при товщині шару теплоізоляції δ3 =0 за формулою:
Rф= 1/ αв + Σ (δi/ λi )+ 1/ αн , (2.1)
де αв, αн – коефіцієнт теплообміну на внутрішній (8.7) і зовнішній (23)
поверхні конструкції, Вт/м2 0С.
Rф= 0,115 + 0,03/0.81+ 0.125/0.52 + 0.00/ 0.064 + 0.125/0.52 + 0.043 = 0.675
Визначаємо капітальні витрати, Ск, гр/м2, на будівництво споруди зі стін даної конструкції [8]
Ск= 1,25[ ( Ц + Тр) 1,02 + Смо], (2.2)
де Ц – ціна одного квадратного метра стіни, гр/м2, визначається за формулою:
Ц= Σ (Цi δi), гр/м2; (2.3)
Тр – транспортні витрати приймаємо для всіх випадків умовно 15 гр/м2;
Смо – вартість монтажу конструкцій приймаємо умовно 28 гр/м2.
У нашім прикладі Ц= 350,03+ 1700,125+ 3500,00 + 1700,125= 43,55 гр/м2
Тр= 15Σ δ= 15х ( 0,03+ 0,125+ 0,00 + 0,125)= 150,28= 3,75 гр/м2
Смо= 28Σ δ = 280,28= 7,84 гр/м2
Ск= 1,25[(43,55+3,75) 1,02+7,84]=70,1 гр/м2
Знаходимо витрати на відшкодування теплоти, що втрачається будинком у процесі експлуатації, Э, гр/м2 рік.
Э= 11,3 10-4(tв – tо.п) n Ст / Rф (2.4)
Згідно з вихідними даними (таблиці 1.1, 1.2) tо.п= - 1,1 0С, n= 187, tв= +300С, Ст= 9гр/кДж. У розрахунковому прикладі Э= 11,3 10-4(30+1,1)1879/0,675= 59,14
Визначаємо наведені витрати на спорудження й експлуатацію стін даної конструкції, П, гр/(м2 рік)
П= Ск+Э (2.5)
У наведеному прикладі П= 70,1+ 59,92=130,03 грн/м2рік
Для знаходження оптимального значення опору теплопередачі повторюємо вищенаведений розрахунок, збільшуючи товщину утеплювача із кроком 0,01 м. Результати розрахунку варто представити у таблиці, як зазначено нижче.
Таблиця 2.1 Результати теплотехнічного розрахунку утепленої стіни.
|
№ п/п |
δ3, м |
Rф, м2 0С/Вт |
Ск, грн/м2рік |
Э, грн/м2рік |
П, грн/м2рік |
Δ=( Пi-Пi-1) 100/Пi, % |
Опір конструкції |
|
0 |
0.00 |
0.676 |
70,7 |
87,46 |
158,16 |
- |
|
|
1 |
0,01 |
0,832 |
75,68 |
71,05 |
146,75 |
-7,8 |
|
|
2 |
0,02 |
0,988 |
80,70 |
59,82 |
140,52 |
-4,4 |
|
|
3 |
0,03 |
1,145 |
85,69 |
51,66 |
137,36 |
-2,3 |
Оптимальне Rопт |
|
4 |
0,04 |
1,300 |
90,7 |
45,45 |
136,15 |
-0,90 |
|
|
5 |
0,05 |
1,457 |
95,7 |
40,59 |
136,28 |
0,10 |
|
|
6 |
0,06 |
1,613 |
100,7 |
36,65 |
137,35 |
0,80 |
|
|
7 |
0,07 |
1,769 |
105,7 |
33,42 |
139,12 |
1,30 |
|
|
8 |
0,08 |
1,926 |
110,7 |
30,70 |
141,4 |
1,60 |
|
|
9 |
0,09 |
2,082 |
115,7 |
28,4 |
144,1 |
1,90 |
|
|
10 |
0,1 |
2,238 |
120,7 |
26,42 |
147,1 |
2,10 |
Нормативне |
|
11 |
0,11 |
2,395 |
125,7 |
24,69 |
150,39 |
2,20 |
|
Наведені витрати вважаються економічними, якщо відмінність їхня один від одного не перевищує двох відсотків. У цьому випадку за оптимальну товщину утеплювача приймається менша найближча товщина. З огляду на вищесказане, з таблиці 2.1 вибираємо оптимальну товщину утеплювача, δопт=δ3=0,03, при якій оптимальний опір теплопередачі Rопт.=1,145 м2 0С/Вт, а мінімальні наведені витрати Пmin1= 137,36 грн/м2 рік.
Для наочності результати обчислень треба представити графічно, як показано на рисунку 2.1
Рисунок 2.1 Залежність наведених витрат від товщини теплоізоляційного
шару конструкції, що обгороджує.
Таблиця № 2.2 Характеристики оптимальної конструкції стіни
-
δ опт ,
м.
Rопт,
м2 0С/Вт
Копт =1/Rф,
Вт/ м2 0С
Попт ,
грн/м2 рік
0,03
1,145
0,873
137,36