Teplotekhnika

УДК 536.24:72.012.6 Г 71

Горяева, Г. Н.

Методы теплотехнического расчета наружных ограждений зданий [Текст] : метод. указания к курсовым работам и проектам для студентов специальностей 270102 «Промышленное и гражданское строительство», 270109 «Теплогазоснабжение и вентиляция» и 270112 «Водоснабжение и водоотведение» / Г. Н. Горяева, В. Ю. Гонтарь. – Ухта : УГТУ, 2011. – 51 с.

Методические указания предназначены для выполнения теплотехнического расчета в курсовой работе для студентов специальности 270102 «ПГС», 270109 «ТГВ», 270112 «ВВ», в курсовых проектах по дисциплине «Архитектура гражданских и промышленных зданий и сооружений» направления 550100 «Строительство» очной и безотрывной форм обучения, включая Воркутинский филиал УГТУ.

Содержание методических указаний соответствует рабочей программе. Методические указания рассмотрены и одобрены кафедрой ПГС, протокол № 3, от 13.12.2010 г. и предложены для издания Советом специальности, протокол № 5 от 14.12.2010 г.

Рецензент: Землянский В. Н., профессор кафедры ПГС, д.т.н. Редактор: Мартынова Г. В., доцент кафедры ПГС.

В методических указаниях учтены замечания и предложения рецензента и редактора.

План 2011г., позиция 177.

Подписано в печать 28.02.2011 г. Компьютерный набор. Объем 51 с. Тираж 100 экз. Заказ № 250.

© Ухтинский государственный технический университет, 2011 169300, Республика Коми, г. Ухта, ул. Первомайская, 13. Отдел оперативной полиграфии УГТУ.

169300, Республика Коми, г. Ухта, ул. Октябрьская, 13.

Введение

При проектировании зданий необходимо учитывать теплотехнические процессы, происходящие в ограждающих конструкциях и в помещениях.

Наружной ограждающей конструкцией является стена, которая разделяет внутреннее и наружное пространство с различной температурой и влажностью, ограниченная вертикальными поверхностями и перпендикулярная тепловому потоку. Ограждающие конструкции бывают однородными и неоднородными. Ограждение является однородным (однослойным), если оно состоит из одного материала (слоя). Неоднородным (многослойным) считается ограждение, состоящее из нескольких слоев разных материалов, в том числе с теплопроводными включениями, теплоизоляционными слоями.

Для создания комфортных условий в зданиях к наружным ограждающим конструкциям предъявляются теплотехнические требования:

− обеспечение достаточных теплозащитных свойств в холодное время

года;

−обеспечение теплоустойчивости в теплый период;

−обеспечение необходимой воздухопроницаемости;

−обеспечение допустимой паропроницаемости;

−получение требуемого температурно-влажностного режима в помеще-

ниях;

− температура внутренней поверхности ограждения должна незначительно отличаться от температуры внутреннего воздуха во избежание выпадения конденсата.

В связи с вышеуказанным, наружные ограждающие конструкции должны обладать теплозащитными, теплоустойчивыми и другими свойствами. Для этого производят теплотехнический расчет наружных вертикальных стен и горизонтальных конструкций покрытий.

Теплотехнический расчет наружных ограждающих конструкций гражданских и производственных зданий выполняется в соответствии с указаниями СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий».

При проектировании наружных ограждающих конструкций зданий необходимо знать минимальные значения сопротивления теплопередаче R0, при которых ограждения оказываются удовлетворительными в теплотехническом отношении. Эти значения называются нормативными или требуемыми, R0тр, и зависят от назначения здания, его внутреннего режима, климатических условий района строительства и вида ограждения.

3

Теплотехнический расчет наружных ограждающих конструкций выполняется для отапливаемых зданий в зимний период, когда тепловой поток направлен из помещений в наружное пространство.

Теплозащитные свойства наружных ограждений характеризуются основным показателем, называемым коэффициент теплопроводности λ, Вт/м2·°С, который зависит от структуры материала и, в первую очередь, от объемной массы (плотности) γо, кг/м3. Данная зависимость выражается следующим образом: чем больше объемная масса, тем выше теплопроводность материала, и наоборот, чем меньше плотность, тем больший объем занимают поры (воздух), а поскольку воздух является малотеплопроводным материалом, то и теплопроводность уменьшается. На коэффициент теплопроводности, кроме плотности, оказывает влияние и влажность материала. В связи с чем, в нормативных документах на конструкции и материалы регламентируют предельно допустимые величины влажности, а в стандартах на изготовление изделий необходимо предусматривать технологические способы уменьшения влажности. Например, при формовании трехслойных железобетонных стеновых панелей с увлажняемым теплоизоляционным слоем предусматривается предварительная защита утеплителя водонепроницаемым материалом.

Анализ перспективного использования ограждений с теплоизоляционными материалами разной плотности в различных регионах России позволил вывести некоторые положения, касающиеся повышения теплоизоляционных свойств конструкций, которые необходимо учитывать при выборе расчетных схем и материалов слоев ограждающих конструкций зданий:

1. Однородные ограждающие конструкции из сплошной кирпичной кладки и однослойных стеновых панелей из легкого бетона плотностью более γ = 500 кг/м3 по теплотехническому расчету не проходят для зданий всех типов, особенно в северных районах;

2. В качестве наружных вертикальных ограждений зданий следует принимать неоднородные (многослойные) стеновые панели с эффективным утеплителем из теплоизоляционных материалов, легкого и ячеистого бетона плотностью не более γ = 500-600 кг/м3;

3. Для производственных зданий в качестве наружных стен применять современные оцинкованные или окрашенные профилированные листы, профнастилы, сайдинги с теплоизоляцией из минераловатных плит, панели типа “сэндвич” с несгораемым утеплителем URSA, пенополистиролом, пенополиуретаном и др.;

4

4. В покрытиях отапливаемых производственных зданий возможно применение теплоизоляционных слоев из материала плотностью не более

γ= 200-400 кг/м3;

5.При выборе конструктивных систем жилых и общественных зданий предпочтительней переход к каркасной и плоскостенной с поперечными наружными и внутренними несущими стенами из многослойных стеновых панелей и крупных блоков.

В данной работе описываются методики выполнения расчетов наружных ограждений, выполняемых в курсовых проектах по следующим темам:

1.Теплотехнический расчет неоднородных ограждающих конструкций при зимних условиях эксплуатации;

2.Определение теплоустойчивости ограждающих конструкций при летних условиях эксплуатации;

3.Теплотехнический расчет однородных ограждающих конструкций при зимних условиях эксплуатации;

4.Определение воздухопроницаемости ограждающих конструкций и помещений;

5.Защита от переувлажнения ограждающих конструкций.

Район строительства принимать по заданию руководителя курсовой работы.

В приложении 1 настоящих методических указаний приведены исходные данные для расчетов (табл. 1-15). Природно-климатические условия (рис. 1 и 2) для расчетов приведены в приложении 2 настоящих методических указаний.

Таблица 1. Условные обозначения параметров, принимаемых в расчетах Таблица 2. Расчетная температура tв и влажность φв внутреннего воздуха зданий и сооружений Таблица 3. Расчетные схемы и материалы наружных ограждающих конструкций

Таблица 4. Влажностный режим помещений зданий [3] Таблица 5. Условия эксплуатации ограждающих конструкций [3] Таблица 7. Значения коэффициента n

Таблица 8. Климатические показатели районов строительства Таблица 9. Нормативный температурный перепад [3]

Таблица 10. Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций [3]

Таблица 11. Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающих конструкций [3]

5

Таблица 12. Нормируемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций [3], исходя из условий энергосбережения [3]

Таблица 13. Коэффициент теплотехнической однородности r ограждающих конструкций

Таблица 14. Нормируемая воздухопроницаемость ограждающих конструкций

Таблица 15. Предельно допустимые значения коэффициента Dwav

6

Тема 1. Теплотехнический расчет неоднородных ограждающих конструкций при зимних условиях эксплуатации

1.1. Общие положения

По заданию руководителя в соответствии с рабочей программой студентами 2 курса очной формы обучения специальностей ПГС, ТГВ и ВВ и 3 курса безотрывной формы обучения выполняется курсовая работа «Малоэтажный жилой дом» по проектированию 1-2 этажных гражданских зданий с наружными ограждающими конструкциями из мелкоразмерных элементов: кирпича, мелких бетонных блоков или блоков из природного камня. В курсовой работе по проектированию зданий с кирпичными или мелкоблочными, многослойными бетонными стенами с теплоизоляционными слоями необходимо определить толщину утеплителя, т. е. выполнить теплотехнический расчет стены.

В качестве неоднородных (многослойных) стеновых конструкций также могут служить двухслойные, трехслойные панели, панели из небетонных материалов и т. д. Двухслойные бетонные стены состоят из двух слоев – несущего и утепляющего. Несущий слой выполняют из тяжелого или конструкционного легкого бетона, утепляющий слой может быть из конструкционнотеплоизоляционного легкого бетона плотной или пористой структуры, из теплоизоляционных материалов. Утепляющий слой необходимо принимать с наружной стороны из теплотехнических соображений.

Трехслойные стеновые панели имеют следующую конструктивную разрезку: наружный и внутренний несущие слои из тяжелого или легкого бетона и посередине теплоизоляционный слой. В качестве утепляющего слоя можно принимать: эффективные утеплители γ ≤ 300 кг/м3 заводского изготовления в виде плит, блоков, матов: стекловаты, фибролита, пеностекла, минеральной ваты, пенопласта, пенополистирола и т. д. Для курсовой работы желательно принимать современные теплоизоляционные материалы. Трехслойные панели выполняются также и с воздушными прослойками, кроме указанных слоев, поэтому при выборе такой панели их необходимо учитывать в расчете.

В общественных зданиях применяют панели из не бетонных материалов, так называемые стены-экраны, снаружи облицованные алюминием, эмалированной сталью, металлопластом, стемалитом. При строительстве жилых домов применяют асбестоцементные плиты, которые состоят из облицовочных, конструктивных и утепляющих слоев.

Теплотехнический расчет ограждения выполняют также в курсовом проекте № 1 на тему «Многоэтажные жилые и общественные здания из крупнораз-

7

мерных элементов» согласно учебного плана на 3 курсе (5 семестр) для студентов специальности 270102 ПГС дневного обучения и на 4 курсе (7 семестр) для студентов безотрывного обучения, в курсовом проекте № 2 на тему: “Промышленные здания с АБК” на 3 курсе (6 семестр) и 4 курсе (8 семестр) соответственно, в дипломном проекте в архитектурно-конструктивном разделе.

Перед началом работы необходимо выбрать соответствующую заданию курсовой работы конструктивную схему стены, подобрать теплотехнические показатели материала каждого слоя, затем приступать к выполнению расчетов.

Зоны влажности района строительства принимать по рис. 2 [1] или рис. 2 приложения 2 данной работы.

Влажностный режим в помещениях в зимний период принимать в зависимости от температуры и относительной влажности внутреннего воздуха по табл. 1 [3] или табл. 4 приложения 1 настоящего методического указания.

Условия эксплуатации наружных ограждений определять в зависимости от зон влажности района строительства и влажностного режима помещений по табл. 2 [3] или табл. 5 приложения 1.

Расчетную схему и материалы слоев ограждающей конструкции можно принимать в соответствии с табл. 3 приложения 1 или индивидуально по заданию преподавателя. Таблицы и рисунки без ссылок на источники, соответствуют нумерации данных методических указаний.

1.2.Методика расчета

1.Назначаем конструкцию (рис. А), материалы и ориентировочные

тощины δ всех слоев многослойного ограждения, кроме теплоизоляционного. Теплотехнические показатели материалов слоев сводим в табл. А.

Рис. А. Расчетная схема многослойной кирпичной стены

8

2. Приведенное экономически целесообразное сопротивление теплопередачи R0эн, (м2 °С) / Вт, исходя из условий энергосбережения, следует принимать не менее нормируемых значений Rreg, м2 °С/Вт, определяемых по таблице 4 [3] или по таблице 12 приложения 1 в зависимости от градусо-суток отопительного периода района строительства Dd, °С.сут.

Градусо-сутки отопительного периода (Dd) определяем по формуле:

где tint −расчетная температура внутреннего воздуха помещений, °С, прини-

маем по табл. 2 приложения 1.

tnt −средняя температура, °С, периода со средней суточной температурой

воздуха ≤ 8 °С, принимаем по табл. 1 [1] или по табл. 8 приложения 2.

Znt −продолжительность отопительного периода, сут., по табл. 1 [1] или

по табл. 8 приложения 2.

2. Определяем общее (действительное) сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, R0, Вт/м2·°С, по формуле:

где: αв −коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности стен и потолков,

равен 8,7 Вт/м2·°С, по табл. 7 [3] или табл. 10 приложения 2; αн −коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения для

зимних условий, для наружных стен и покрытий равен 23 Вт/м2·°С, по табл. 11 приложения 1;

Rк −термическое сопротивление конструкции, м2·°С/ Вт;

1/ αв, 1/ αн −термические сопротивления внутреннего и наружного по-

граничных слоев воздуха, Вт/м2·°С.

3. Термическое сопротивление теплопередаче неоднородной конструкции определяют, как сумму термических сопротивлений всех слоев по формуле:

где δi −толщина i слоя, м;

λi −расчетный коэффициент теплопроводности материала i слоя, Вт/м °С,

принимаемый по табл. 6 приложения 1.

4. Определяем необходимую толщину теплоизоляционного слоя ограждения. Толщину теплоизоляционного слоя (Х) определяют из формулы (2),

5. После определения необходимой толщины (Х) теплоизоляционного слоя, округлив с точностью до 0,01 м., по формуле (8) определяют его термическое сопротивление:

иобщее сопротивление теплопередаче всей конструкции по формуле (2).

6.Полученные результаты термического сопротивления всех слоев и общего сводим в табл. А. По окончании расчетов следует сделать вывод о принятии толщины теплоизоляционного слоя и всей конструкции стенового ограждения для проектируемого района строительства.

1.3. Пример расчета № 1

Определить толщину теплоизоляционного слоя наружной кирпичной стены с внутренней штукатуркой жилого дома в г. Саратове.

Исходные данные:

Место строительства – г. Саратов.

Температура наружного воздуха text =tн5 =−27 °С – из табл. 1 [1] или

табл. 8 прил. 1 методического указания.

Зона влажности региона – сухая – по прил. 1 [3]; табл. 8 прил. 1 или рис. 2 прил. 2 методического указания.

Температура внутреннего воздуха помещений tint =18 °С;

10