- •Строительная теплофизика
- •Содержание
- •Введение
- •1. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций
- •1.1 Исходные данные и расчетные параметры внутреннего и наружного воздуха
- •1.2 Расчет толщины утепляющего слоя однородной однослойной и многослойной ограждающей конструкции
- •1.3 Расчет толщины утепляющего слоя неоднородной однослойной и многослойной ограждающей конструкции
- •1.4. Расчет толщины утепляющего слоя конструкции полов над подвалом и подпольем
- •1.5 Теплотехнический расчет утепленных полов, расположенных непосредственно на лагах
- •1.6 Теплотехнический расчет утепленных полов, расположенных непосредственно на грунте
- •1.7 Теплотехнический расчет световых проемов
- •1.8 Теплотехнический расчет наружных дверей
- •2 Расчет теплоустойчивости наружных ограждений в теплый период
- •3 Расчёт теплоусвоения поверхности ограждающих конструкций
- •4 Расчёт влажностного режима наружных ограждений
- •4.1 Проверка внутренней поверхности наружных ограждений на возможность конденсации влаги
- •4.2 Проверка на возможность конденсации влаги в толще наружного ограждения
- •5 Воздушный режим здания
- •5.1 Расчет сопротивления воздухопроницанию ограждающей конструкции (стены)
- •5.2 Расчет сопротивления воздухопроницанию наружных ограждений - окон и балконных дверей
- •5.3 Расчет температуры поверхности и теплопередачи через ограждения при наличии воздухопроницаемости
- •6 Расчет тепловой мощности системы отопления
- •6.1 Уравнение теплового баланса здания
- •6.2 Потери теплоты через ограждающие конструкции зданий: стены, окна, двери, потолки, полы над подвалами и подпольями
- •1 − Пол над подвалом; 2 − пол на лагах; 3 − пол на грунте
- •6.2.1 Основные потери теплоты через утепленные полы на грунте и лагах
- •6.3 Дополнительные потери теплоты через ограждающие конструкции
- •Библиографический список
- •Приложение а Данные для расчета теплотехнических величин
- •Приложение б Характеристики наружных ограждений
- •Строительная теплофизика
- •654007, Г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42
1.3 Расчет толщины утепляющего слоя неоднородной однослойной и многослойной ограждающей конструкции
Однородность слоя материала применяемых в современной практике однослойных и многослойных строительных ограждений (стен, покрытий, перекрытий) нарушается теплоизоляционными или теплопроводными включениями, воздушными прослойками.
Рассмотрим порядок теплотехнического расчета многослойного покрытия (рисунок 2), в первом слое которого (плита перекрытия) однородность материала нарушена воздушными прослойками.
Для учета санитарно-гигиенических требований, предъявляемых к ограждающей конструкции покрытия (перекрытия), необходимо определить требуемое сопротивление теплопередаче , (м2·°С)/Вт, по уравнению (1).
Предварительная толщина теплоизоляционного слоя утеплителя покрытия δут, м, определяется из уравнения (5).
В первом слое однородность материала нарушена в параллельном и перпендикулярном направлениях движения теплового потока, поэтому по уравнению (5) величина определяется как приведенное термическое сопротивление теплопередаче конструкции, (м2·°С)/Вт.
Рисунок 2 – Многослойная ограждающая конструкция покрытия
Величина определяется следующим образом.
А. При расчете многопустотной плиты перекрытия ограждающая конструкция условно разрезается плоскостями, параллельными направлению движения теплового потока, на характерные в теплотехническом отношении участки, из которых одни могут быть однородными (из одного материала), а другие неоднородными (из разных материалов).
Термическое сопротивление всех этих участков , (м2·°С)/Вт, определяется по формуле:
, (9)
где A1, A2, …, An – площади отдельных участков конструкций, м2;
R1, R2, …, Rn – значения термического сопротивления указанных отдельных участков конструкции, определяемые для однородных участков по выражению , а для неоднородных участков так же, но с учетом термического сопротивления теплопередаче воздушной прослойкиRвп, (м2·°С)/Вт (таблица 12).
Таблица 12 – Термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки
Толщина воздушной прослойки, м |
Термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки Rвп,(м2·°С)/Вт, | |||
горизонтальной, при потоке тепла снизу-вверх и вертикальной |
горизонтальной, при потоке тепла сверху-вниз | |||
При температуре воздуха в прослойке | ||||
положительной |
отрицательной |
положительной |
отрицательной | |
0,01 |
0,13 |
0,15 |
0,14 |
0,15 |
0,02 |
0,14 |
0,15 |
0,15 |
0,19 |
0,03 |
0,14 |
0,16 |
0,16 |
0,21 |
0,05 |
0,14 |
0,17 |
0,17 |
0,22 |
0,10 |
0,15 |
0,18 |
0,18 |
0,23 |
0,15 |
0,15 |
0,18 |
0,19 |
0,24 |
0,2÷0,3 |
0,15 |
0,19 |
0,19 |
0,24 |
Примечание: При оклейке одной или обеих поверхностей воздушной прослойки алюминиевой фольгой термическое сопротивление следует увеличивать в 2 раза. |
Б. При расчете многопустотной плиты покрытия ограждающая конструкция условно разрезается плоскостями, перпендикулярными направлению теплового потока на характерные в теплотехническом отношении участки, из которых одни могут быть однородными (из одного материала), а другие – неоднородными (из разных материалов).
Термическое сопротивление всех этих участков RБ, (м2·°С)/Вт, определяется для однородных участков по выражению , для неоднородных участков – по формуле (9).
Приведенное термическое сопротивление неоднородного слоя ограждающей конструкции (многопустотной плиты) , (м2·°С)/Вт, следует определять по формуле:
. (10)
Если RА превышает RБ более чем на 25%, то следует определять на основании расчета температурного поля по [8, п.п. 2,8 и 2.9*].
После определения и выбора толщины δут (по уравнению (5)) определяется , (м2·°С)/Вт, всей ограждающей конструкции покрытия по формуле:
, (11)
где αв, αн, δi. δут, λi, λут – то же, что и в уравнении (4)
–то же, что и в уравнении (10).
При выполнении условия (7) илиопределяется коэффициент теплопередачи принятой конструкции покрытияkпокр, Вт/(м2·°С), по уравнению (8):
,
где – фактическое общее сопротивление теплопередаче конструкции, (м2·°С)/ Вт.
Пример 2. Теплотехнический расчет наружного ограждения (покрытия)
Исходные данные.
Ограждающая конструкция, совмещенное многослойное покрытие (рисунок 2) – железобетонная плита γ1 = 2500 кг/м3, толщиной δ1 = 0,22 м; пароизоляция – битумная мастика с γ2 = 1400 кг/м3 и δ2 = 0,003 м; утеплитель – перлитопластобетон с γут = 100 кг/м3; выравнивающий слой цементно-песчанного раствора с γ3= 1800 кг/м3 и δ3 = 0,05 м; гидроизоляция – три слоя рубероида с γ4 = 600 кг/м3 и δ4 = 0,009 м.
Район строительства − г. Томск.
Влажностный режим помещения – нормальный.
Отопление осуществляется от ТЭЦ.
Зона влажности района – нормальная.
Условия эксплуатации – Б.
Значение коэффициентов и теплотехнических характеристик в формулах:
tхп(0,92) = -40 С; tот = -8,4 С; zот = 236 сут. (приложение А, таблица А.1); tв = 20С (таблица 1);
λ1 = 2,04 Вт/(м2·С);λ2 = 0,27 Вт/(м2·С); λут = 0,05 Вт/(м2·С); λ3= 0,76 Вт/(м2·С); λ4 = 0,17 Вт/(м2·С), (приложение А, таблица А.3);
αв = 8,7 Вт/(м2·С); (таблица 8); αн = 23 Вт/(м2·С); (таблица 9);
Δtн = 4С (таблица 7); n = 1 (таблица 6).
Порядок расчета.
Первоначально определяем требуемое сопротивление теплопередаче покрытия при tн = tхп по формуле (1):
.
По формуле (2) определяем градусо-сутки отопительного периода (Dd), С·сут:
.
Находим величину сопротивления теплопередаче ограждения с учетом энергосбережения = 5,55 (м2·С)/Вт, (таблица 10).
Сравниваем и . Принимаем для дальнейших расчетов большее, т.е. = 5,55 (м2·С)/Вт.
Находим термическое сопротивление теплопередаче железобетонной конструкции многопустотной плиты.
Расчет приведенного термического сопротивления пустотной панели перекрытия представлен для двух случаев: когда пустотная панель является основанием покрытия и когда она несущая часть перекрытия над неотапливаемым подвалом. Плита выполнена из железобетона. Поперечное сечение плиты с размерами, и расчетная схема сечения приведены на рисунке 3.
А. Для простоты расчета принимаем схему сечения плиты с квадратными отверстиями в плите вместо круглых. Так, сторона эквивалентного по площади квадрата
а) б)
Рисунок 3 – Поперечное сечение плиты (а) и расчетная схема (б)
Б. Выделяем регулярный элемент и делим его плоскостями, параллельными тепловому потоку. Получаем два параллельных участка. Участок I – однородный; участок II – многослойный: состоит из двух одинаковых по толщине слоев а и в, а также горизонтальной воздушной прослойки. Сопротивления теплопередаче этих участков RI и RII соответственно равны:
.
.
Термическое сопротивление воздушной прослойки Rвп (таблица 12).
а) для панели покрытия горизонтальная воздушная прослойка с потоком теплоты снизу вверх отделена от наружного воздуха слоем утеплителя, поэтому в ней воздух находится при положительной температуре. Для прослойки толщиной 0,14 м в этих условиях Rвп = 0,15 (м2·С)/Вт. Тогда, RII = 0,04 + 0,15 = 0,19 (м2·С)/Вт.
б) для панели перекрытия над неотапливаемым подвалом с утеплителем, лежащим над железобетонной плитой, горизонтальная воздушная прослойка от холодного техподполья не отделена слоем утеплителя, поэтому в ней воздух находится при отрицательной температуре. Для прослойки толщиной 0,14 м в этих условиях при потоке теплоты сверху вниз Rвп = 0,24 (м2·С)/Вт . Следовательно, тогда RII = 0,04 + 0,24 = 0,28 (м2·С)/Вт.
Сопротивление теплопередаче всего регулярного элемента при разбивке его плоскостями, параллельными тепловому потоку, определяем по формуле (9):
а) для покрытия
.
б) для перекрытия над подвалом
В. Делим регулярный элемент плоскостями, перпендикулярными тепловому потоку (рисунок 3 на схеме справа), и получаем три параллельных участка. Участки а и в – однородные, участок б – неоднородный, состоящий из горизонтальной воздушной прослойки и слоя железобетона шириной I = 0,07 м и толщиной δ = 0,14 м.
.
Определяем сопротивление теплопередаче этих участков:
.
Rб определяем по формуле (9):
а) для покрытия
.
б) для перекрытия над подвалом
.
Сопротивление теплопередаче всего регулярного элемента RБ, (м2·С)/Вт, при разбивке его плоскостями, перпендикулярными тепловому потоку, определяем по формуле: RБ = Rа +Rб +Rв
а) для покрытия
RБ = 0,02 +0,108 +0,02 = 0,148 (м2·С)/Вт;
б) для перекрытия над подвалом
RБ = 0,02 + 0,131 +0,02 = 0,171 (м2·С)/Вт.
Приведенное термическое сопротивление теплопередаче плиты , (м2·С)/Вт, определяется по формуле (10):
а) для покрытия
(м2·С)/Вт;
б) для перекрытия над подвалом
(м2·С)/Вт.
Полученные значения используются как известные величины при дальнейшем определении толщины изоляции в указанных перекрытиях.
6. Определяем предварительную толщину утеплителя δут по уравнению (5)
7. Уточним фактическое общее сопротивление теплопередаче покрытия по выражению (6)
(м2·С)/Вт.
Из расчетов следует, что условие теплотехнического расчета выполнено, так как , т.е. 5,64 > 5,55.
8. Коэффициент теплопередачи для принятой конструкции покрытия определяем по уравнению (8)
Вт/( м2·С).
9. Находим толщину всей ограждающей конструкции по формуле , м.