Теплотехнические расчеты при проектировании тепловой изоляции ограждающих конструкций зданий

Ограждающая конструкция здания, где постоянно присутствуют люди, должна обеспечивать надлежащую тепловую защиту.

Тепловая защита - это совокупности наружных и внутренних ограждающих конструкций здания, обеспечивающие заданный уровень расхода тепловой энергии здания с учетом воздухообмена помещений не выше допустимых пределов, а также воздухопроницаемость помещений и их защиту от переувлажнения при оптимальных параметрах микроклимата.

Строительными нормами установлены три показателя тепловой защиты здания:

  • а) приведенное сопротивление теплопередаче отдельных элементов ограждающих конструкций здания;
  • б) санитарно-гигиенический, включающий температурный перепад между температурами внутреннего воздуха и на поверхности ограждающих конструкций и температуру на внутренней поверхности выше температуры точки росы;
  • в) удельный расход тепловой энергии на отопление здания, позволяющий варьировать величинами теплозащитных свойств различных видов ограждающих конструкций зданий с учетом объемно-планировочных решений здания и выбора систем поддержания микроклимата для достижения нормируемого значения этого показателя.

Требования тепловой защиты здания будут выполнены, если в жилых и общественных зданиях будут соблюдены требования показателей «а» и «б» либо «б» и «в». В зданиях производственного назначения должны соблюдаться требования показателей «а» и «б».

В соответствии с этим, установлены следующие соответствия нормируемых и расчетных теплофизических показателей наружных ограждающих конструкций.

Наружные ограждающие конструкции зданий должны удовлетворять: нормируемому сопротивлению теплопередаче RrK| (для однородных конструкций по приведенному сопротивлению теплопередаче - Ro, для неоднородных конструкций - но приведенному сопротивлению теплопередаче Rr„); при этом должно соблюдаться условие Ro (или Rr0) > Rrcq;

расчетному температурному перепаду At» между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, определяемому по формуле (4) СНиП 23-02; при этом расчетный температурный перепад не должен превышать нормируемых величин, Atn установленных в табл. 5 СНиП 23-02;

- минимальной температуре, равной температуре точки росы td при расчетных условиях внутри помещения на всех участках внутренней поверхности наружных ограждений с температурами tjnt; при этом должно соблюдаться условие tj,lt > td.

Общая схема проектирования тепловой защиты зданий по современным теплотехническим нормативам представлена на рис. 6.5 [198; 199].

Схема проектирования тепловой защиты зданий

Рис. 6.5. Схема проектирования тепловой защиты зданий

Одним из требований, предъявляемых к наружным ограждениям зданий является условие, чтобы величина их приведенного (фактического) сопротивления теплопередаче Ro Вт/м‘ °С была не меньше нормируемого (требуемого) значения Rrcq Вт/ м2-°С.

Нормируемое сопротивление теплопередаче Rrcq установлено для каждой ограждающей конструкции на принципах обеспечения санитарно-гигиенических требований внутри помещения и ограничения теплопотерь в отопительный период.

Приведенное сопротивление теплопередаче Ro Вт/м2-°С для наружных однородных степ рассчитывается для фасада здания либо для одного промежуточного этажа с учетом откосов проемов без учета их заполнений.

Приведенное сопротивление теплопередаче Rr„ для наружных неоднородных стен следует рассчитывать для фасада здания либо для одного промежуточного этажа с учетом откосов проемов без учета их заполнений с проверкой условия на невыпадение конденсата на участках в зонах теплопроводных включений.

Нормируемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций (наружных стен, покрытий, чердачных и цокольных перекрытий, окон и фонарей, наружных дверей и ворот) Rreq, Вт/м2 °С принимается в зависимости от градусо-суток отопительного периода по табл. 4 СНиП 23-02. Величину градусо-суток Dj отопительного периода следует вычислять по формуле:

Dj (tjnt tin) Z|n ,

(6.21)

где tint - расчетная средняя температура внутреннего воздуха, °С, определяемая согласно табл. 6.9, в которой представлены параметры воздуха для холодного периода внутри жилых и общественных зданий; tht - средняя температура наружного воздуха, °С, в течение отопительного периода; Zht -продолжительность отопительного периода, сут.

Таблица 6.9

Параметры воздуха для холодного периода внутри жилых и общественных зданий

№ п.п.

Тип здания

Температура воздуха внутри здания tinI °С

Относительная влажность внутри здания <р ,%, не более ini

1

Жилые

20-22

55

2

Поликлиники и лечебные учреждения

21-22

55

3

Дошкольные учреждения

22-23

55

Продолжительность отопительного периода и среднюю температуру наружного воздуха в течение отопительного периода следует принимать согласно СНиП 23-01 (табл. I, графы 13 и 14 - для медицинских и детских учреждений, графы 11 и 12 - в остальных случаях) для соответствующего города или населенного пункта. Например, для Москвы, соответственно, 214 сут. и -3,1 °С; 231 сут. и -2,2 °С.

Термическое сопротивление R, Вт/м2 °С однородного слоя многослойной ограждающей конструкции, а также однослойной ограждающей конструкции следует определять по формуле:

R = 8/Х, (6.22)

где 8 - толщина слоя, м; X - расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/м-°С, принимаемый согласно приложению 1.

Расчетное значение коэффициента теплопроводности определяется в зависимости от условий эксплуатации ограждающих конструкций А или Б по приложению I. Условия эксплуатации определяются в зависимости от влажностного режима помещения и карты зон влажности по СНиП 23-02 (табл. 1,2; приложение В).

Термическое сопротивление ограждающей конструкции Rk, Вт/м2 °С, с последовательно расположенными однородными слоями следует определять как сумму термических сопротивлений отдельных слоев:

Rfc = Rl + ...Rn + Rai, (6.23)

где R|, ,.Rn, - термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, Вт/м2 °С, определяемые по формуле (57); Ral - термическое сопротивление воздушных прослоек, определяемое по табл. 6.10.

Таблица 6.10

Термическое сопротивление замкнутых воздушных прослоек

Толщина воздушной прослойки, м

Термосопротивление замкнутой воздушной прослойки Rai, м“ °С7Вт

горизонтальной при потоке теплоты снизу вверх и вертикальной

горизонтальной при потоке теплоты 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

0,1

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

Приведенное сопротивление теплопередаче Ro Вт/м2-°С однородной однослойной или многослойной ограждающей конструкции с однородными слоями или ограждающей конструкции в удалении от теплотехнических неоднородностей не менее чем на две толщины ограждающей конструкции следует определять по формуле:

Ro = Rs, + Rk + Rsc; (6.24)

  • (6.25)
  • (6.26)

RSi 1 /^inl 5

Rsc 1/Clcxt >

где aim - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/м2-°С, принимаемый по табл. 7 СНиП 23-02; acxt -коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для условий холодного периода, Вт/м2 оС, принимаемый по табл. 6.11; Rk - то же, что и в формуле (6.23).

Таблица 6.11

Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности асх| для условий холодного периода

№ п.п.

1 Іаружная поверхность ограждающих конструкций

Коэффициент теплоотдачи, Окх, Вт/м2 °С

1

Наружных стен, покрытий, перекрытий над проездами и над холодными (без ограждающих стенок) подпольями в Северной строительно-климатической зоне

23

2

Перекрытий над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом; перекрытий над холодными (с ограждающими стенками) подпольями и холодными этажами в Северной строительно-климатической зоне

17

3

Перекрытий чердачных и над неотапливаемыми подвалами со световыми проемами в степах

12

4

Перекрытий над неотапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенных выше уровня земли, и над неотапливаемыми техническими подпольями, расположенными ниже уровня земли

6

Приведенное сопротивление теплопередаче Rro, Вт/м2-°С неоднородной ограждающей конструкции или ее участка (фрагмента) следует определять по формуле:

Rro = n(tint - tcxt)A/Q , (6.27)

где А - площадь неоднородной ограждающей конструкции или ее фрагмента, м по размерам с внутренней стороны, включая откосы оконных проемов; Q - суммарный тепловой поток через конструкцию или ее фрагмент площадью А, Вт, определяемый на основе расчета температурного поля на ЭВМ либо экспериментально по ГОСТ 26254 или ГОСТ 26602.1 с внутренней стороны; п - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху, принимаемый согласно табл. 6 СНиП 23-02; tjnt -расчетная температура внутреннего воздуха, °С, принимаемая по табл. 6.9; text - расчетная температура наружного воздуха, °С, принимаемая по средней температуре наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92 согласно СНиП 23-01 (табл. 1, графа 5) для соответствующего городского или сельского населенного пункта.

Для определения приведенного сопротивления теплопередаче Rro неоднородных ограждающих конструкций в виде панельных стен можно использовать формулу:

Rro = R«T, (6.28)

где R„ - сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции без учета неоднородностей, определяемое по формуле (6.24), Вт/м2 °С; г - коэффициент теплотехнической однородности.

Таблица 6.12

Значения коэффициента Г|

Ro, м2’С/Вт

1T при F|/F2

0,25

0,15

0.05

3,0

0,5

0,56

0,79

2.1

0,67

0,73

0,83

1.7

0,76

0,80

0,86

1.4

0,83

0,85

0,87

Обозначения, принятые в таблице: Ft - площадь ребер в конструкции, м”; F2 - площадь конструкции (без учета площади оконных и дверных проемов)

Коэффициент теплотехнической однородности определяется по формуле

г = г,г2, (6.29)

где Г| - коэффициент, учитывающий относительную площадь ребер в конструкции, следует принимать по табл. 6.12; г2 - коэффициент, учитывающий плотность материала ребер конструкции, - по табл. 6.13.

Таблица 6.13

Значения коэффициента г2

Средняя плотность материала кг/м3

1000

1200

1400

1600

2400

Ґ2

1,0

1,0

0,9

0,8

0,6

Коэффициент г для участков ограждающих конструкций из панелей с гибкими металлическими связями в сочетании с утеплителем из минеральных волокон или вспененных пластмасс допускается принимать по табл. 6.14.

Таблица 6.14

Значения коэффициента г

Конструктивные слои

Коэ<1х])ициент г при расстоянии между гибкими связями а.

0,6

0,8

1,0

1,2

маїериал

плотность

Диаметр стержня гибкой связи d, мм

материала кг/м3

8

12

8

12

8

12

8

12

Керамзите-

1000

0.95

0.91

0,96

0.94

0,97

0,96

0.98

0,96

бетон

1200

0.93

0,89

0,95

0.92

0,96

0,94

0.97

0,95

1400

0,91

0,87

0,94

0,90

0,95

0,92

0,96

0,94

1600

0,89

0,84

0,93

0,88

0.94

0,91

0,95

0,93

Тяжелый бетон

2400

0,74

0,69

0,80

0,75

0,84

0,81

0,87

0,85

С целью ограничения температуры и конденсации влаги на внутренней поверхности ограждающей конструкции необходима проверка на допустимую величину расчетного температурного перепада At0.

Расчетный температурный перепад, At0 °С, между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции определяется по формуле:

Ato n(tinl — texi)/Ro ^ini» (6.30)

где Щи - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/м2 -°С, принимаемый по табл. 7 СНиП 23-02; п - коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху и приведенный в табл. 6 СНиП 23-02; tint - расчетная температура внутреннего воздуха, °С, принимаемая по табл. 6.9; text - расчетная температура наружного воздуха, °С, принимаемая по средней температуре наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92 согласно СНиП 23-01 (табл. 1, графа 5) для соответствующего городского или сельского населенного пункта.

Расчетный температурный перепад не должен превышать нормируемых величин, Atn °С, установленных в табл. 5 СНиП 23-02, т.е.

At0n. (6.31)

Пример. Определить термическое сопротивление многослойной ограждающей конструкции наружной стены (рис. 6.6) жилого дома со стенами из керамического и силикатного кирпича и утеплителем из каменной ваты. Рассчитать толщину утеплителя.

Район строительства - г. Москва.

Конструкция наружной стены

Рис. 6.6. Конструкция наружной стены

  • 1 .Определяются параметры среды:
    • - расчетная температура наружного воздуха texl -28°С;
    • - расчетная средняя температура внутреннего воздуха для холодного периода года tinl= 21 °С;
    • - влажность воздуха внутри здания для холодного периода года ip ,%

int

= 55 %;

  • - средняя температура наружного воздуха отопительного периода th, = - 2,2°С;
  • - продолжительность отопительного периода Zht = 231 сут.
  • 2. Определяется нормируемое значение сопротивления теплопередаче наружной стены

Согласно формуле (6.21) значение градусо-суток отопительного периода:

Dd = (tint-thl)zhl =(21+2,2) 231 =5359,2 °С-сут.

Найденному значению Drcq = 3,275 Вт/м2 °С.

3. Определяется термическое сопротивление наружной стены.

Уравнение для термического сопротивления теплопроводности наружной стены записывается в следующем виде:

Rk - R| +R, + R3 + R4 + Rai, где R, - термическое сопротивление слоя штукатурки из цементнопесчаного раствора, Вт/м2-°С; R2 - термическое сопротивление слоя внутренней кладки из силикатного кирпича на цементно-песчаном растворе, Вт/м2-°С; R? -термическое сопротивление слоя теплоизоляционного материала из каменной ваты, Вт/м’°С; R| - термическое сопротивление слоя наружной кладки из пустотного керамического кирпича на цементнопесчаном растворе, Вт/м2-°С; R;,i - термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки, Вт/м2 °С.

Расчетные значения коэффициента теплопроводности материалов отдельных слоев определяем по приложению 1, в зависимости от условий эксплуатации ограждающей конструкции. Согласно табл. 2 СНиП 23-02 влажностному режиму помещений «нормальный» зон влажности района строительства «нормальная» соответствуют условия эксплуатации Б.

Тогда:

к, = 0,93 Вт/м"-°С - коэффициент теплопроводности слоя штукатурки из цементно-песчаного раствора;

Х2 = 0,76 Вт/м-°С - то же, слоя внутренней кладки из силикатного кирпича на цементно-песчаном растворе;

Хз = 0,048 Вт/м"°С -то же, слоя теплоизоляционного материала из минераловатных плит плотностью 180 кг/м3 производства ЗАО «Минеральная вата»;

^4= 0,64 Вт/м2 оС - то же, слоя наружной кладки из керамического кирпича на цсмснтно-пссчаном растворе.

Конструктивные размеры слоев наружной стены следующие:

  • 8]= 0,015 м - толщина слоя штукатурки из цементно-песчаного раствора;
  • 82 = 0,38 м - толщина слоя внутренней кладки из силикатного кирпича;
  • 83 - искомая толщина утеплителя, м;
  • 84 = 0,12 м - толщина слоя наружной кладки из пустотного керамического кирпича.

Термические сопротивления теплопроводности материалов отдельных слоев конструкции по формуле:

R,=8i/X| = 0,015/0,93 = 0,016 Вт/м2-°С;

R2=82/X2 = 0,38/0,76 = 0,5 Вт/м2-°С;

R3=83/X3 = 8з/0,048;

R4=84/A4 = 0,12/0,64 = 0,187 Вт/м2 °С.

Термическое сопротивление воздушной прослойки не учитываем.

4. Определяется приведенное сопротивление теплопередаче наружной стены

Ro = RSi + Rk + Rse ;

Rsi І/dint ,

Rsc “ 1 /^cxl,

где dim - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/мС, принимаемый по табл. 7 СНиП 23-02; асх< -коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для условий холодного периода, Вт/мС, принимаемый по табл. 6.11;

Ro = 1/8,7 + 0,016 + 0,5 + 6з/0,048 + 0,187 +1/23;

Ro = 0,861 +83/0,048.

5. Определяется толщина теплоизоляции.

Так как главным требованием теплового расчета является выполнение неравенства:

Ro —R|eq , то при Rrcq = 3,275 Вт/м2°С.

  • 83 >(3,275-0,861)0,048 >0,11 м.
  • 6. Проводится проверка на конденсацию влаги на внутренней поверхности ограждения.

Расчетный температурный перепад, At0 °С между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции определяется по формуле:

Ato n(tjn| — text)'"Ro-Cljnt j

где n - коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху и приведенный в табл. 6 СНиП 23-02;

Ato= 1 [21 -(-28 Uxt)]/R<> ai„t=49/(8,7-3,275) = 1,71.

Расчетный температурный перепад не должен превышать нормируемых величин, At„ °С, установленных в табл. 5 СНиП 23-02.

В рассматриваемом случае 1,71 <4, т.е. At()< Atn . Условие на отсутствие конденсата выполняется.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >