4. Теплотехнический расчет утепленных полов на грунте

Термическое сопротивление теплопередаче полов, соприкасающихся не с воздухом, а с грунтом, определяется приближенно. При строительстве жилых и общественных зданий применяют только утепленные полы. Известно, что температурное поле грунта под полом различно: чем ближе к наружной стенке, тем температура грунта ниже. Принято такие полы разграничивать на четыре зоны шириной , начиная от наружной поверхности стены во внутрь здания с условно постоянной температурой в каждой зоне.

Термические сопротивления теплопередаче отдельных зон полов на грунте , , определяются по уравнениям [2]:

I зона	,	(1.8)
II зона	,	(1.9)
III зона	,	(1.10)
IV зона	,	(1.11)

где , , , - значения термического сопротивления теплопередаче отдельных зон неутепленных полов, соответственно равны , , и ; - сумма значений термических сопротивлений теплопроводности утепляющих слоев конструкции, , определяемых по уравнению (1.4); - число принятых слоев.

Коэффициент теплопередачи , , отдельных зон утепленных полов на грунте вычисляется по описанной выше методике с применением формулы (1.5).

5. Теплотехнический расчет световых проемов и наружных дверей здания

В практике строительства жилых и общественных зданий применяется одинарное, двойное и тройное остекление в деревянных, пластмассовых или металлических переплетах, спаренное или раздельное. Теплотехнический расчет световых проемов осуществляется в зависимости от района строительства и назначения помещений.

Требуемое термическое сопротивление теплопередаче , , для световых проемов определяют по формуле (1.3). Затем по значению выбирают конструкцию светового проема с приведенным сопротивлением теплопередаче , , при условии [3].

В приложении 3 приведены рекомендуемые типы технических решений окон с указанием их тепловой защиты по данным [3].

Для принятой конструкции светового проема коэффициент теплопередачи , , определяется по уравнению (1.5).

Требуемое общее сопротивление теплопередаче наружных дверей , , должно быть не менее для стен зданий и сооружений при расчетной зимней температуре наружного воздуха , , равной средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 [1].

Принимаем фактическое общее сопротивление теплопередаче наружных дверей , тогда фактическое общее сопротивление теплопередаче наружных дверей , , можно найти из выражения:

.

(1.12)

Коэффициент теплопередачи наружных дверей , , вычисляется аналогичным способом по уравнению (1.5).

Расчетно-практическая работа № 1

«Теплотехнический расчет наружных ограждений здания»

В данной работе требуется определить теплозащитные свойства основных конструктивных элементов здания – многослойной наружной стены, покрытия и пола, светового проема и наружной двери. Оценить полученные значения с учетом предъявляемых санитарно-гигиенических требований и условий энергосбережения. В случае несоответствия приведенных значений термических сопротивлений конструкций нормативным величинам определить требуемую толщину теплоизоляционного слоя.

Для каждого расчетного случая рассчитать коэффициент теплопередачи конструкции здания.

Исходные данные для теплотехнического расчета

№ варианта	Район строительства	Тип здания	№ варианта	Район строительства	Тип здания
1	Воркута	Больница	13	Рязань	Жилое здание
2	Астрахань	Универмаг	14	Воронеж	Профилакторий
3	Санкт-Петербург	Жилое здание	15	Хабаровск	Гостиница
4	Иркутск	Школа	16	Краснодар	Производственное помещение (IIа)
5	Владивосток	Производственное помещение (IIб)	17	Казань	Жилое здание
6	Кострома	Детский сад	18	Енисейск	Больница
7	Сочи	Интернат	19	Омск	Столовая
8	Челябинск	Профилакторий	20	Нижний Новгород	Детские ясли
9	Калининград	Школа	21	Москва	Производственное помещение (Iб)
10	Волгоград	Жилое здание	22	Новосибирск	Общежитие
11	Мурманск	Производственное помещение (Iа)	23	Пермь	Универмаг
12	Ярославль	Общежитие	24	Оренбург	Жилое здание

Примечание: все здания подключены к централизованным источникам теплоснабжения (ТЭЦ и районным отопительным котельным).

Расчетно-практическая работа должна быть выполнена в соответствии с требованиями стандарта вуза.

Конструктивный элемент №1 – Горизонтальное ограждение здания

№ варианта	Схема конструктивного элемента	Составные элементы конструкции	Примечание
1		1 – кирпич глиняный обыкновенный на цементно-перлитовом растворе; 2 – пенополистирол; 3 – воздушная прослойка; 4 – кирпич глиняный обыкновенный на цементно-перлитовом растворе	δ1 = 250 мм; δ2 = 20 мм, ρ2 = 100 кг/м3; δ3 = 50 мм; δ4 = 120 мм
8
11
15
20
23
2		1 – раствор цементно-песчаный; 2 – кирпич силикатный на цементно-песчаном растворе (ГОСТ 379); 3 – пенополистирол (ГОСТ 15588); 4 – облицовка из гранита	δ1 = 20 мм; δ2 = 380 мм; δ3 = 30 мм, ρ3 = 40 кг/м3; δ4 = 15 мм
6
13
17
22
24
3		1 – раствор известково-песчаный; 2 – кирпич глиняный обыкновенный на цементно-шлаковом растворе; 3 – маты из стеклянного штапельного волокна «URSA»; 4 – воздушная прослойка; 5 – облицовка из мрамора	δ1 = 20 мм; δ2 = 510 мм; δ3 = 150 мм, ρ3 = 25 кг/м3; δ4 = 60 мм; δ5 = 10 мм
5
9
12
16
19
4		1 – раствор цементно-песчаный; 2 – керамзитопенобетон; 3 – плита минераловатная ЗАО «Минеральная вата»; 4 – шлаковый кирпич на цементно-песчаном растворе	δ1 = 30 мм; δ2 = 400 мм, ρ2 = 1800 кг/м3; δ3 = 70 мм, ρ3 = 180 кг/м3; δ4 = 120 мм
7
10
14
18
21

Конструктивный элемент №2 – Вертикальное ограждение здания

№ варианта	Схема конструктивного элемента	Составные элементы конструкции	Примечание
1		1 – железобетонная плита; 2 – рубероид (ГОСТ 10923); 3 – плиты жесткие минераловатные (ГОСТ 22950); 4 – раствор цементно-песчаный; 5 – рубероид (ГОСТ 10923)	δ1 = 250 мм, ρ1 = 2500 кг/м3; δ2 = 10 мм, ρ2 = 600 кг/м3; δ3 = 150 мм, ρ3 = 250 кг/м3; δ4 = 30 мм; δ5 = 10 мм
8
11
15
20
23
2		1 – железобетонная плита; 2 – рубероид (ГОСТ 10923); 3 – газобетон; 4 – раствор цементно-песчаный; 5 – рубероид (ГОСТ 10923)	δ1 = 250 мм, ρ1 = 2500 кг/м3; δ2 = 10 мм, ρ2 = 600 кг/м3; δ3 = 150 мм, ρ3 = 600 кг/м3; δ4 = 30 мм; δ5 = 10 мм, ρ5 = 600 кг/м3
6
13
17
22
24
3		1 – железобетонная плита; 2 – рубероид (ГОСТ 10923); 3 – плита полужесткая минераловатная (ГОСТ 10140); 4 – известково-песчаная стяжка; 5 – воздушная прослойка; 6 – железобетон (ГОСТ 26663); 7 – рубероид (ГОСТ 10923)	δ1 = 250 мм, ρ1 = 2500 кг/м3; δ2 = 10 мм; δ3 = 120 мм, ρ3 = 200 кг/м3; δ4 = 30 мм; δ5 = 100 мм; δ6 = 60 мм, ρ6 = 2500 кг/м3; δ7 = 10 мм
5
9
12
16
19
4		1 – раствор известково-песчаный; 2 – железобетонная плита; 3 – раствор цементно-песчаный; 4 – плиты минераловатные ЗАО «Минеральная вата»; 5 – раствор цементно-песчаный; 6 – рубероид (ГОСТ 10923)	δ1 = 10 мм; δ2 = 250 мм, ρ2 = 2500 кг/м3; δ3 = 30 мм; δ4 = 80 мм, ρ4 = 180 кг/м3; δ5 = 20 мм; δ6 = 12 мм, ρ6 = 600 кг/м3
7
10
14
18
21

Конструктивный элемент №3 – Утепленный пол над подвалом

№ варианта	Схема конструктивного элемента	Составные элементы конструкции	Примечание
1		1 – железобетон (ГОСТ 26663); 2 – плита фибролитовая; 3 – раствор цементно-песчаный; 4 – линолеум поливинилхлоридный (ГОСТ 18108)	δ1 = 220 мм, ρ1 = 2500 кг/м3; δ2 = 120 мм, ρ2 = 500 кг/м3; δ3 = 40 мм; δ4 = 5 мм, ρ4 = 1800 кг/м3
8
11
15
20
23
2		1 – раствор цементно-песчаный; 2 – железобетон (ГОСТ 26663); 3 – маты и полосы из стекловолокна; 4 – плитка из мрамора	δ1 = 20 мм; δ2 = 220 мм, ρ2 = 2500 кг/м3; δ3 = 150 мм, ρ3 = 150 кг/м3; δ4 = 40 мм
6
13
17
22
24
3		1 – железобетон (ГОСТ 26663); 2 – рубероид (ГОСТ 10923); 3 – гравий керамзитовый (ГОСТ 9757); 4 – воздушная прослойка; 5 – доска деревянная (ель); 6 – плитка из мрамора	δ1 = 220 мм, ρ1 = 2500 кг/м3; δ2 = 10 мм, ρ2 = 600 кг/м3; δ3 = 120 мм, ρ3 = 500 кг/м3; δ4 = 100 мм; δ5 = 30 мм; δ6 = 40 мм
5
9
12
16
19
4		1 – железобетон (ГОСТ 26663); 2 – раствор цементно-песчаный; 3 – перлитопластбетон; 4 – паркет из дуба (ГОСТ 9462)	δ1 = 220 мм, ρ1 = 2500 кг/м3; δ2 = 30 мм; δ3 = 80 мм, ρ3 = 200 кг/м3; δ4 = 20 мм
7
10
14
18
21

Пример выполнения РПР № 1

Выполнить теплотехнический расчет наружной многослойной стены жилого здания (рис. 2)

Рис. 2. Наружная многослойная стена

1. Ограждающая конструкция жилого здания, состоящая из трех слоев: керамзитобетона ρ₁=1000 кг/м³ толщиной δ₁=0,120 м; слоя утеплителя из пенополистирола ρ_ут=40 кг/м³; керамзитобетона ρ₂=1000 кг/м³ толщиной δ₂=0,08 м.

2. Район строительства – г. Пенза.

3. Влажностный режим помещения – нормальный.

4. Отопление осуществляется от ТЭЦ.

5. Согласно прил. 1, г. Пенза находится в сухой зоне влажности, влажностный режим нормальный, следовательно, рассчитываемая ограждающая конструкция будет эксплуатироваться в условиях А (см. табл. 1.2).

6. Значения теплотехнических характеристик и коэффициентов в формулах:

t_ext=-29 ^оС с обеспеченность 0,92 по данным [4];

t_ht=-3,6 ^оС по данным [4];

z_ht=222 сут по данным [4];

t_int=20 ºС по данным [5];

λ₁=0,33 Вт/(мºС) по таблице прил. 5 [3];

λ₂=0,33 Вт/(мºС) по таблице прил. 5 [3];

λ_ут=0,041 Вт/(мºС) по таблице прил. 5 [3];

_int=8,7 Вт/(м²ºС) (см. табл. 1.5);

Δt_n=4 ºС (см. табл. 1.4);

n=1,0 (см. табл. 1.3);

_ext=23 Вт/(м²ºС) (см. табл. 1.6).

Решение задачи:

1. Первоначально определяем требуемое сопротивление теплопередаче по формуле (1.2):

.

2. По формуле (1.1) рассчитываем градусо-сутки отопительного периода:

.

3. Величина сопротивления теплопередаче ограждения с учетом энергосбережения с учетом прил. Б по формуле (1.3) равна .

4. Сравнивая сопротивления теплопередаче ограждения, принимаем для дальнейших расчетов большее значение, т. е. .

5. На основании условия и формулы (1.4) определяем предварительную толщину утеплителя из пенополистирола:

.

В соответствии с требованиями унификации принимаем общую толщину панели , тогда .

6. Уточняем общее фактическое сопротивление теплопередаче для всех слоев ограждения по выражению (1.4):

.

Таким образом, условие теплотехнического расчета выполнено, так как .

7. Коэффициент теплопередачи для данной ограждающей конструкции определяем по уравнению (1.5):

.

Выполнить теплотехнический расчет наружного ограждения (покрытия) жилого здания (рис. 3)

Рис. 3. Конструкция покрытия жилого здания с неоднородным элементом

1. Ограждающая конструкция, совмещенное многослойное покрытие – железобетонная плита шириной 1 м с пятью пустотами объемным весом ρ₁=2500 кг/м³ и толщиной δ₁=0,25 м; пароизоляция – битумная мастика с ρ₂=1400 кг/м³ и δ₂=0,003 м; утеплитель – маты минераловатные с ρ_ут=125 кг/м³ и выравнивающий слой цементно-песчаного раствора с ρ₃=1800 кг/м³ и δ₃=0,05 м; гидроизоляция – три слоя рубероида с ρ₄ =600 кг/м³ и δ₄=0,009 м.

2. Район строительства – г. Пенза.

3. Влажностный режим помещения – нормальный.

4. Отопление осуществляется от ТЭЦ.

5. Согласно прил. 1, г. Пенза находится в сухой зоне влажности, влажностный режим нормальный, следовательно, рассчитываемая ограждающая конструкция будет эксплуатироваться в условиях А (см. табл. 1.2).

6. Значения теплотехнических характеристик и коэффициентов в формулах:

t_ext=-29 ^оС с обеспеченность 0,92 по данным [4];

t_ht=-3,6 ^оС по данным [4];

z_ht=222 сут по данным [4];

t_int=20 ºС по данным [5];

λ₁=1,92 Вт/(мºС) по таблице прил. 5 [3];

λ₂=0,27 Вт/(мºС) по таблице прил. 5 [3];

λ_ут=0,064 Вт/(мºС) по таблице прил. 5 [3];

λ₃=0,76 Вт/(мºС) по таблице прил. 5 [3];

λ₄=0,17 Вт/(мºС) по таблице прил. 5 [3];

_int=8,7 Вт/(м²ºС) (см. табл. 1.5);

Δt_n=3 ºС (см. табл. 1.4);

n=1,0 (см. табл. 1.3);

_ext=23 Вт/(м²ºС) (см. табл. 1.6).

Решение задачи:

1. Рассчитываем требуемое общее термическое сопротивление теплопередаче покрытия (1.2):

.

2. По формуле (1.1) определяем градусо-сутки отопительного периода:

.

3. Величина сопротивления теплопередаче ограждения с учетом энергосбережения с учетом прил. 2 по формуле (1.3) равна .

4. Сравнивая сопротивления теплопередаче ограждения, принимаем для дальнейших расчетов большее, т. е. .

5. Находим термическое сопротивление теплопередаче железобетонной конструкции многопустотной плиты по формуле (1.7). Для упрощения круглые отверстия – пустоты плиты диаметром – заменяем равновеликими по площади квадратными со стороной:

6. Термическое сопротивление теплопередаче плиты вычисляем отдельно для слоев, параллельных и и перпендикулярных , , движению теплового потока.

7. Термическое сопротивление плиты , , в направлении, параллельном движению теплового потока, вычисляем для двух характерных сечений ( и ).

В сечении (два слоя железобетона суммарной толщиной с коэффициентом теплопроводности и воздушная прослойка с термическим сопротивлением по табл. 1.7) термическое сопротивление составит:

.

В сечении (слой железобетона с коэффициентом теплопроводности ) термическое сопротивление составит:

.

Затем по уравнению (1.6) получим следующее:

.

Площадь слоев в сечении равна .

Площадь слоев в сечении равна .

Термическое сопротивление плиты , , в направлении, перпендикулярном движению теплового потока, вычисляют для трех характерных сечений ( , , ).

Для сечения и (два слоя железобетона):

с .

.

Для сечения термическое сопротивление по формуле (1.6) составит:

.

Площадь воздушных прослоек в сечении равна .

Площадь слоев из железобетона в сечении равна .

Термическое сопротивление воздушной прослойки в сечении с (см. табл. 1.7) равно .

Термическое сопротивление слоя железобетона в сечении с :

.

Затем определяем величину .

Полное термическое сопротивление железобетонной конструкции плиты определится из уравнения (1.7):

.

8. На основании условия и формулы (1.4) определяем предварительную толщину утеплителя из пенополистирола:

.

Принимаем общую толщину утеплителя .

9. Уточняем общее фактическое сопротивление теплопередаче для всех слоев ограждения по выражению (1.4):

.

Таким образом, условие теплотехнического расчета выполнено, так как .

8. Коэффициент теплопередачи для данной ограждающей конструкции определяем по уравнению (1.5):

.

Выполнить теплотехнический расчет конструкции полов над подвалом здания (рис. 4)

Рис. 4. Конструкция пола над подвалом здания

1. Многослойная конструкция: железобетонная плита без пустот с объемной массой ρ₁=2500 кг/м³ и толщиной δ₁=0,25 м; пароизоляция – битумная мастика с ρ₂=1400 кг/м³ и δ₂=0,003 м; утеплитель – маты минераловатные с ρ_ут=125 кг/м³; выравнивающий слой – цементно-песчаный раствор с ρ₃=1800 кг/м³ и δ₃=0,05 м; паркет из дуба с ρ₄=700 кг/м³ и δ₄=0,025 м.

2. Район строительства – г. Пенза.

3. Влажностный режим – нормальный.

4. Отопление осуществляется от ТЭЦ.

5. Согласно прил. 1, г. Пенза находится в сухой зоне влажности, влажностный режим нормальный, следовательно, рассчитываемая ограждающая конструкция будет эксплуатироваться в условиях А (см. табл. 1.2).

6. Значения теплотехнических характеристик и коэффициентов в формулах:

t_ext=-29 ^оС с обеспеченность 0,92 по данным [4];

t_ht=-3,6 ^оС по данным [4];

z_ht=222 сут по данным [4];

t_int=20 ºС по данным [5];

λ₁=1,92 Вт/(мºС) по таблице прил. 5 [3];

λ₂=0,27 Вт/(мºС) по таблице прил. 5 [3];

λ_ут=0,064 Вт/(мºС) по таблице прил. 5 [3];

λ₃=0,76 Вт/(мºС) по таблице прил. 5 [3];

λ₄=0,35 Вт/(мºС) по таблице прил. 5 [3];

_int=8,7 Вт/(м²ºС) (см. табл. 1.5);

Δt_n=2 ºС (см. табл. 1.4);

n=0,75(см. табл. 1.3);

_ext=12 Вт/(м²ºС) (см. табл. 1.6).

Решение задачи:

1. Задаемся конструкцией перекрытия над подвалом и определяем требуемое общее термическое сопротивление по уравнению (1.2):

.

2. По формуле (1.1) рассчитываем градусо-сутки отопительного периода:

.

3. Величина сопротивления теплопередаче перекрытия над подвалом с учетом энергосбережения с учетом прил. 2 по формуле (1.3) равна .

4. Сравнивая сопротивления теплопередаче пола, принимаем для дальнейших расчетов большее, т. е. .

5. На основании условия и формулы (1.4) определяем предварительную толщину утеплителя:

.

Принимаем общую толщину утеплителя .

6. Уточняем общее фактическое сопротивление теплопередаче для всех слоев ограждения по выражению (1.4):

.

Таким образом, принятая конструкция с толщиной утеплителя отвечает теплотехническим требованиям, так как выполняется условие энергосбережения .

7. Коэффициент теплопередачи многослойного перекрытия над подвалом определяем по формуле (1.5):

.

Выполнить теплотехнический расчет светового проема здания

1. Здание жилое.

2. Район строительства – г. Пенза.

3. Значения теплотехнических характеристик и коэффициентов в формулах:

t_ext=-29 ^оС с обеспеченность 0,92 по данным [4];

t_int=20 ºС по данным [5];

z_ht=222 сут по данным [4];

D_d=5239 ^оС по формуле (1.1).

Решение задачи:

1. Определяем с учетом прил. 2 по формуле (1.3) для световых проемов требуемое термическое сопротивление теплопередаче .

2. По значению выбираем конструкцию окна с приведенным сопротивлением теплопередаче , , при условии .

Таким образом, для нашего примера по прил. 3 принимаем окно из двухкамерного стеклопакета из обычного стекла (с межстекольным расстоянием ) с фактическим сопротивлением теплопередаче .

Для принятой конструкции светового проема коэффициент теплопередачи определяется по уравнению (1.5):

.

Выполнить теплотехнический расчет наружной двери здания

1. Здание жилое.

2. Район строительства – г. Пенза.

3. Значения теплотехнических характеристик и коэффициентов в формулах:

t_ext=-29 ^оС с обеспеченность 0,92 по данным [4];

t_ht=-3,6 ^оС по данным [4];

_int=8,7 Вт/(м²ºС) (см. табл. 1.5);

Δt_n=4 ºС (см. табл. 1.4);

n=1,0 (см. табл. 1.3).

Решение задачи:

1. Фактическое общее сопротивление теплопередаче наружных дверей можно найти из выражения (1.12):

.

Коэффициент теплопередачи наружных дверей вычисляется аналогичным способом по уравнению (1.5):

.