Теплотехнический расчет ограждающих конструкций зданий и сооружений

Приведенное сопротивление теплопередаче Rоr , м2·°С/Вт, для

наружных стен следует определять согласно [4] для фасада здания либо для одного промежуточного этажа. Однако, этот расчет достаточно сложен, так как требует учета всех изменений фасада здания и всех теплопроводных включений ограждения. В связи с этим, можно принимать коэффициент теплотехнической однородности r с учетом теплотехнических однородностей оконных откосов и примыкающих внутренних ограждений проектируемой конструкции для:

панелей индустриального изготовления не менее величин, установленных в таблице А.13 [2, табл. 6];

для стен жилых зданий из кирпича не менее 0,74 при толщине стены 510 мм, 0,69 – при толщине стены 640 мм и 0,64 – при толщине стены 780 мм.

Соответственно приведенное сопротивление теплопередаче неоднородной конструкции можно определять по формуле:

4. Наружные ограждающие конструкции должны удовлетворять расчетному температурному перепаду t0 между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, определяемому по формуле (6); при этом расчетный температурный перепад не должен превышать нормируемых величин tn, установленных в таблице А.14 [4, табл. 5].

где n – коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху и приведенный в таблице А.15 [4, табл. 6];

tint – то же, что и в формуле (4);

text – расчетная температура наружного воздуха в холодный период года, °С, для всех зданий, кроме производственных зданий,

21

предназначенных для сезонной эксплуатации, принимаемая равной средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по таблице А.4 [3, табл. 1].

Rоr – то же, что и в формуле (5);int – то же, что и в формуле (3).

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА

I пример. Исходные данные: Необходимо проверить соответствие наружной стены индивидуального жилого дома, построенного в г. Новокузнецке, требованиям СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». Стена выполнена из кирпичной кладки с утеплением с наружной стороны и последующим оштукатуриванием, внутренняя отделка – обшивка вагонкой (рисунок 2). Внутренняя температура воздуха в помещениях tint = + 20 оС.

1 – обшивка вагонкой; 2 – пароизоляция; 3 – кирпичная кладка; 4 – минеральный клеевой состав; 5 – теплоизоляция из минераловатных полужестких матов; 6 – армирующая стеклосетка; 7 – грунтовка; 8 – мокрая штукатурка

Рисунок 2 – Конструкция стены индивидуального жилого дома

22

Зона влажности по приложению Б – сухая; влажностный режим помещений при температуре 20 оС и влажности в пределах 50

– 60 % по таблице А.7 – нормальный; условия эксплуатации конструкции по таблице А.8 – А.

Толщины и коэффициенты теплопроводности слоев (по таблице А.6):

1 слой – вагонка из сосны (поперек волокон) толщина 1 = 30 мм, коэффициент теплопроводности материала 1 = 0,14 Вт/(м · оС); 2 слой – пароизоляция из рубероида (толя, пергамина) – 1 слой – 2 =

3 мм, коэффициент теплопроводности материала 2 = 0,17 Вт/(м · оС); 3 слой – кирпичная кладка из обыкновенного полнотелого глиняного кирпича на цементно-песчаном растворе толщиной 3 = 250 мм, коэффициент теплопроводности материала 3 = 0,7 Вт/(м · оС); 4 слой – утеплитель из плит из стеклянного штапельного волокна

«URSA» 0 = 85 кг/м3, 4 = 200 мм, коэффициент теплопроводности материала 4 = 0,046 Вт/(м · оС); 5 слой – штукатурка из цементно-песчаного раствора 0 1800 кг/м3

5 = 20 мм, коэффициент теплопроводности материала 5 = 0,76 Вт/(м · оС).

Термическим сопротивлением слоев клея, армирующей сетки и грунтовки можно пренебречь за малостью.

Порядок расчета

1. По таблице А.5 и А.3 определяем среднюю температуру и продолжительность отопительного периоды для г. Новокузнецка: tht

= – 8 оС; zht = 230 сут.

По формуле (4) находим

Dd = (tint – tht) · zht = (20 – (– 8)) · 230 = 6440 (оС · сут.).

По таблице А.1 и формуле (7) определим требуемое сопротивление теплопередаче:

Rreq = a Dd + b = 0,00035 · 6440 + 1,4 = 3,654 (м2·°С/Вт).

23

2. Сопротивление теплопередаче стены по глади рассчитываем по формуле (3):

Ro = Rsi + Rk +Rse = 1/ int + i/ i + 1/ ext =

=1/8,7 + 0,03/0,14 + 0,003/0,17 + 0,25/0,7 + 0,2/0,046 + 0,02/0,76 +

+1/23 = 5,1215 (м2·°С/Вт),

здесь коэффициенты int и ext для стеновых ограждений взяты из таблиц А.11 и А.12 соответственно.

3. С учетом неоднородности ограждающей конструкции стены в виде теплопроводных включений крепежных элементов в соответствии с толщиной стены 0,5 м принимаем минимальный коэффициент неоднородности r = 0,74.

Общее сопротивление теплопередаче стены с условием коэффициента неоднородности составит

Rоr = Ro · r = 5,1215 · 0,74 = 3,7899 (м2·°С/Вт).

Следовательно, условие «а» [4] выполняется:

Rоr = 3,7899 м2·°С/Вт > Rreq = 3,654 м2·°С/Вт.

4. По таблице А.14 определим нормируемый температурный перепад на внутренней поверхности стены: tn = 4 оС.

Расчетный температурный перепад определится по формуле (6):

t0 n(tint text) 1(20 ( 39)) = 1,7894 оС, Rоr int 3,78998,7

здесь коэффициент, учитывающий зависимость положения ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху, для стен n = 1 (по таблице А.15),

температура наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 для г. Новокузнецка по таблице А.5: text = – 39 оС.

t0 = 1,7894 оС < tn = 4 оС,

следовательно, условие «б» [2] также выполняется, и такая конструкция стены удовлетворяет требованиям тепловой защиты зданий.

24

II пример. Исходные данные: Необходимо проверить соответствие наружной стены жилого дома, построенного в г. Новокузнецке, требованиям СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». Стена выполнена из эффективной кирпичной кладки с утеплением внутри и невентилируемым воздушным зазором, внутренняя отделка – сухая штукатурка из гипсокартона (рисунок 3). Климатические параметры и условия работы конструкций аналогичны примеру I.

1 – сухая штукатурка; 2 – кирпичная кладка; 3 – утеплитель

ISOLVER KL-E; 4 – ветрозащитный утеплитель ISOLVER RKL; 5 –

невентилируемый воздушный зазор; 6 – лицевой кирпич.

Рисунок 3 – Конструкция стены из эффективной кладки

Толщины и коэффициенты теплопроводности слоев (по таблице А.9):

1 слой – сухая штукатурка из гипсокартона (ГОСТ 6266) 0 = 800 кг/м3 толщина 1 = 12 мм, коэффициент теплопроводности материала 1 = 0,19 Вт/(м · оС); 2 слой – кирпичная кладка из обыкновенного полнотелого глиняно-

го кирпича на цементно-песчаном растворе толщиной 2 = 380 мм, коэффициент теплопроводности материала 2 = 0,7 Вт/(м · оС);

25

3 слой – плитный утеплитель ISOLVER KL-E (из стекловолокна)3 = 150 мм, коэффициент теплопроводности материала 3 = 0,046 Вт/(м · оС);

4 слой – утеплитель ISOLVER RKL (стекловатная ветрозащитная плита с покрытием из тонкой стеклоткани), 4 = 45 мм, коэффициент теплопроводности материала 4 = 0,035 Вт/(м · оС);

5 слой – замкнутая воздушная прослойка толщиной 20 мм Ra1 = 0,15 м2·°С/Вт (вертикально расположенная, при температуре воздуха < 0 оС) – таблица А.10; 6 слой – лицевой кирпич, 6 = 120 мм, коэффициент теплопровод-

ности материала 6 = 0,7 Вт/(м · оС).

Порядок расчета

1. Аналогично примеру I находим

Dd = 6440 (оС · сут.), Rreq = 3,654 (м2·°С/Вт).

2. Сопротивление теплопередаче стены по глади рассчитываем по формуле (3):

Ro = Rsi + Rk +Rse = 1/ int + i/ i + Ra1 + 1/ ext =

=1/8,7 + 0,012/0,19 + 0,38/0,7 + 0,15/0,046 + 0,045/0,035 + 0,15 +

+0,12/0,7 +1/23 = 5,6325 (м2·°С/Вт),

3.С учетом неоднородности ограждающей конструкции стены в виде теплопроводных включений крепежных элементов в соответствии с толщиной стены 0,68 м принимаем минимальный коэффициент неоднородности r = 0,69.

Общее сопротивление теплопередаче стены с условием коэффициента неоднородности составит

Rоr = Ro · r = 5,6325 · 0,69 = 3,8864 (м2·°С/Вт).

Следовательно, условие «а» [4] выполняется:

Rоr = 3,8864 м2·°С/Вт > Rreq = 3,654 м2·°С/Вт.

4. Нормируемый температурный перепад на внутренней поверхности стены: tn = 4 оС.

26

Расчетный температурный перепад определится по формуле (6):

t0 n(tint text) 1(20 ( 39)) = 1,745 оС. Rоr int 3,88648,7

t0 = 1,745 оС < tn = 4 оС,

следовательно, условие «б» [4] также выполняется, и такая конструкция стены удовлетворяет требованиям тепловой защиты зданий.

III пример. Исходные данные: Необходимо проверить соответствие наружной стены многоэтажного жилого дома, построенного в г. Новокузнецке, требованиям СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». Стена выполнена из монолитного железобетона с утеплением с наружной стороны и устройством вентилируемого фасада (рисунок 4). Климатические параметры и условия работы конструкций аналогичны примеру I.

1 – сухая штукатурка; 2 – монолитный железобетон; 3 – пенополистирол; 4 – пенополиуретан; 5 – вентилируемый зазор; 6 – фасадная плита «Виколор».

Рисунок 4 – Конструкция стены из монолитного железобетона

Толщины и коэффициенты теплопроводности слоев (по таблице А.9):

27

1 слой – сухая штукатурка из гипсокартона (ГОСТ 6266) 0 = 800 кг/м3 толщина 1 = 12 мм, коэффициент теплопроводности материала 1 = 0,19 Вт/(м · оС); 2 слой – монолитный железобетон – 2 = 200 мм, коэффициент теп-

лопроводности материала 2 = 1,92 Вт/(м · оС); 3 слой –экструзионный пенополистирол «Пеноплэкс», тип 35 0 =

35 кг/м3 3 = 120 мм, коэффициент теплопроводности материала 3

= 0,029 Вт/(м · оС);

4слой – пенополиуретан 0 = 88 кг/м3, 4 = 40 мм, коэффициент теплопроводности материала 4 = 0,05 Вт/(м · оС);

5слой – вентилируемый зазор не менее 22 мм.

6слой – фасадная плита «Виколор» 6 = 8 мм.

Так как вентилирование воздушного зазора осуществляется наружным воздухом, термические сопротивление зазора и фасадной плиты в расчет не принимаем.

Порядок расчета

1. Аналогично примеру I находим

Dd = 6440 (оС · сут.), Rreq = 3,654 (м2·°С/Вт).

2.Сопротивление теплопередаче стены по глади рассчитываем по формуле (3) с учетом того, что значение коэффициента теплоотдачи на поверхности, обращенной в сторону вентилируемой воздушной прослойки равно 10,8 Вт/(м2 · оС):

Ro =1/8,7 + 0,012/0,19 + 0,2/1,92 + 0,12/0,029 + 0,04/0,05 + 1/10,8 =

=5,3128 (м2·°С/Вт),

3.С учетом неоднородности ограждающей конструкции стены в виде теплопроводных включений крепежных элементов принимаем минимальный коэффициент неоднородности r = 0,7.

Общее сопротивление теплопередаче стены с условием коэффициента неоднородности составит

Rоr = Ro · r = 5,3128· 0,7 = 3,7190 (м2·°С/Вт).

28

Rоr = 3,7190 м2·°С/Вт > Rreq = 3,654 м2·°С/Вт.

Следовательно, условие «а» [4] выполняется.

4. Нормируемый температурный перепад на внутренней поверхности стены: tn = 4 оС.

Расчетный температурный перепад определится по формуле (6):

t0 1(20 ( 39)) = 1,8235 оС. 3,7198,7

t0 = 1,8235 оС < tn = 4 оС,

следовательно, условие «б» [4] также выполняется, и такая конструкция стены удовлетворяет требованиям тепловой защиты зданий.

IV пример. Исходные данные: Необходимо проверить соответствие наружной стены промышленного здания, построенного в г. Новокузнецке, требованиям СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». Стена выполнена из трехслойных железобетонных панелей на гибких связях с утеплителем из пенополистирола толщиной 130 мм. Панели имеют толщину 250 мм. Внутренняя температура воздуха в помещениях tint = + 16 оС.

Зона влажности по приложению Б – сухая; влажностный режим помещений при температуре 16 оС и влажности в пределах 50

– 60 % по таблице А.7 – нормальный; условия эксплуатации конструкции по таблице А.8 – А.

Толщины и коэффициенты теплопроводности слоев (по таблице А.9):

1 и 3 слои – железобетон, суммарная толщина 1,3 = 120 мм, коэффициент теплопроводности материала 1,3 = 1,92 Вт/(м · оС); 2 слой – пенополистирол 0 = 80 кг/м3 2 = 130 мм, коэффициент теплопроводности материала 2 = 0,041 Вт/(м · оС);

Порядок расчета

1. По формуле (4) находим

29

Dd = (16 – (– 8)) · 228 = 5472 (оС · сут.).

По таблице А.1 и формуле (7) определим требуемое сопротивление теплопередаче для стен производственных зданий с сухим и нормальным режимами работы:

Rreq = a Dd + b = 0,0002 · 5472 + 1 = 2,0944 (м2·°С/Вт).

2.Сопротивление теплопередаче стены по глади рассчитываем по формуле (3):

Ro = 1/8,7 + 0,12/1,92 + 0,13/0,041 + 1/23 = 3,3916 (м2·°С/Вт),

3.По таблице А.13 принимаем минимальный коэффициент неоднородности для трехслойных панелей с эффективным утеплителем и гибкими связями r = 0,7.

Общее сопротивление теплопередаче стены с условием коэффициента неоднородности составит

Rоr = 3,3916 · 0,7 = 2,3741 (м2·°С/Вт).

Rоr = 2,3741 м2·°С/Вт > Rreq = 2,0944 м2·°С/Вт.

Условие «а» [4] выполняется.

4. По таблице А.14 определим нормируемый температурный перепад на внутренней поверхности стены производственного здания с сухим и нормальным режимами работы:

tn = tint – td, но не более 7 оС.

Значения температуры точки росы td принимаем по таблице А.16 [2, приложение Р]. При внутренней температуре + 16 оС и относительной влажности воздуха 55 %: td = 6,97 оС.

tn = tint – td = 16 – 6,97 = 9,03 оС, следовательно, tn = 7 оС.

Расчетный температурный перепад определится по формуле (6):

t0 1(16 ( 39)) = 2,6628 оС, 2,37418,7

t0 = 1,7894 оС < tn = 7 оС,

Условие «б» [4] также выполняется, и такая конструкция стены удовлетворяет требованиям тепловой защиты зданий.

30