804

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА НАРУЖНЫХ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ

ПО РАЗДЕЛУ «СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕПЛОФИЗИКА»

Пример 1.Определить толщинку утеплителя для 3-х слойной наружной кирпичной стены пятиэтажного жилого здания.

А. Исходные данные

Место строительства – г. Пермь.

Зона влажности и влажностный режим помещения – нормальные. Условия эксплуатации ограждающих конструкций – Б. Продолжительность отопительного периода, zот= 225суток. Расчетная температура отопительного периода, tот = –5,5ºС. Температура холодной пятидневки, tн = –35 ºС.

Температура внутреннего воздуха,tв = + 20 ºС. Относительная влажность внутреннего воздуха, φв= 55%.

Коэффициент тепловосприятия внутренней поверхности ограждения, aв=

8,7 Вт/(м2·оС).

Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения, aн=23 Вт/(м2·оС).

Состав стенового ограждения приведен в табл.1.

Таблица 1

Состав стенового ограждения и нормируемые теплотехнические показатели материалов

Б. Порядок расчета

1.Описание элементов составляющих стеновую конструкцию

Согласно «Правил расчета приведенного сопротивления теплопередаче» [34] для 3-хслойной кирпичной кладки установлены следующие характерные элементы:

-крепеж утеплителя к стене;

-стыки с плитами перекрытий;

-стыки с балконными плитами;

-стыки с оконными блоками;

41

-примыкание к фундаменту;

-примыкание к покрытию;

-стыки с другими видами стеновых конструкций.

Среди перечисленных элементов в расчет не принимаются следующие элементы:

-крепеж утеплителя к стене, так какон выполнен из стекловолокнистых стержней, которые оказывают незначительные потери тепла, сопоставимыми с допустимыми погрешностями при расчете;

-балконные плиты отсутствуют;

-примыкание к фундаменту, так как оно утеплено и таким образом, дополнительные тепловые потери невозникают;

-примыкание к покрытию утеплено и имеет малые тепловые потери;

-стыки с другими видами стеновых конструкций отсутствуют.

Оставшиеся элементы представляют:

-плоский элемент 1, состоящий из наружной стены из кирпичной кладки с утеплителем и с наружной облицовкой кирпичом;

-линейный элемент 1, представляющий собой стык стены с плитой перекрытия толщиной 220 мм; перфорация плит перекрытия 3/1.

-линейный элемент 2, представляющий собой стык стены с оконным блоком (рама толщиной 80 мм, кирпичная кладка установлена с зубом

60 мм).

Таким образом, в рассматриваемом фрагменте ограждающей конструкции один видплоский и два вида линейных элемента.

2. Определение геометрических характеристик элементов ограждающей конструкции

Фасад здания, имеет следующие размеры: длина - 32,4 м; высота – 17,55 м.

Общая площадь фасада, включая световые проемы, равна: 32,4 х 17,55 = 568,62 м2.

На фасаде здания расположены следующие световые проемы:

-(1800 х 1500 мм) -18шт;

-(1200 х 1500 мм) – 20 шт.

Суммарная площадь световых проемов составляет:

1,8 х 1,5 х 18 + 1,2 х 1,5 х 20 = 48,6 + 36,0 = 84,6, м2

Площадь поверхности фрагмента ограждающей конструкции для расчета приведенного сопротивления теплопередаче (Rопр) составляет:

А = 568,62 – 84,6 = 484,02 м2.

Суммарная протяженность торцов плит перекрытий на фасаде одного этажа составляет:

42

L1 = 32,4 –(0,51 х 2) = 31,38 м,

Учитывая тот факт, что чердачное и над подвальное перекрытия утеплены, поэтому их торцы не принимаются в расчете суммарной протяженности плит перекрытия и расчет ведется только для 4-х междуэтажных перекрытий:

L1 = 31,38 х 4 = 125,52 м.

Удельная геометрическая характеристика для плит перекрытий равна: l1= = 0,259 м-1

По экспликации оконных проемов устанавливаем общую длину проекции оконных откосов:

L2 = (2х 1,8 + 2 х 1,5)х 18 + (2 х1,2 + 2 х 1,5) х 20 = 174,0 м.

Длина проекции этих откосов, приходящаяся на 1 м2 площади фрагмента составляет:

3. Определение толщины утеплителя

Согласно «Правил расчета приведенного сопротивления теплопередаче» [34] для плоских элементов толщину утеплителя определяют спомощью целевого сопротивления теплопередаче (Rц,), которое должно быть не ниже требуемого (Rотр). Для этого целевое сопротивление теплопередаче стены умножают на 1,5 ирассчитывают толщину утеплителя созначением Rоусл=1,5Rц. При этом, полученное расчетным путем приведенное сопротивление теплопередаче должно быть не меньше целевого сопротивления теп-

где ут - коэффициент теплопроводности утеплителя, Вт/(м·оС);

в - коэффициент тепловосприятия внутренней поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м2 °C), принимаемый по табл. 1.5;

aн – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м2 °C), принимаемый по табл. 1.7;

бшт, бк, бобл – соответственно, толщина штукатурки, кирпичной кладки и облицовки, м;

λшти λк – соответственно, коэффициенты теплопроводности штукатурки и кирпичной кладки Вт/(м·оС).

ной 200 мм и рассчитываем условное сопротивление теплопередаче стенового ограждения (Rоусл ) и величину термического сопротивлениятеплопередаче утеплителя (Rут) по формуле (1.7):

Rоусл = + + + 4,998 (м2·оС)/Вт. (1.7)

4.Определение удельных потерь теплотыэлементамистены

Сначала определяются удельные потери теплоты для плоского элемента стены по формуле (1.9):

Затем по табл. 2устанавливаются удельные потери теплоты (Ψ1), Вт/(моС) для узла примыкания плит перекрытия толщиной 160 и 210 мм к 3-хслойной кирпичной стене и перфорацией 3/1.

Таблица 2 Удельные потери теплоты Ψ1,Вт/(моС) для узла примыкания плиты

перекрытия к 3-х слойной стене с облицовкой кирпичом и перфорацией 3/1

Перфорация 3/1

dп = 160

Анализируя табл. 2 устанавливаем, что удельные потери теплоты для теплотехнических показателей рассматриваемого варианта стенового ограждения в таблице отсутствуют, поэтому их определяем интерполяцией. Отличия заключаются в 3-х параметрах: теплопроводности кладки; термического сопротивления слоя утеплителя и толщины плиты перекрытия.

Сначала определяем удельные потери теплоты для коэффициента теплопроводности кирпичной кладки ( о=0,81 Вт/м·°С), плит перекрытия толщиной 160 и 210 мм и двух термических сопротивлений утеплителя

Rут = 2,44 и 6,1 (м2оС)/Вт:

- для плиты перекрытия 160 мм и Rут = 2,44(м2оС)/Вт:

Ψ1= 0,154 + (0,163- 0,154) х (0,81 - 0,6) / 0,6 = 0,159 Вт/(м оС);

- для плиты перекрытия 160 мм и Rут = 6,1(м2оС)/Вт:

-Ψ1 = 0,194 + (0,204-0,194) х (0,81 - 0,6) / 0,6 = 0,197 Вт/(м оС);

- для плиты перекрытия толщиной 210 мм и Rут = 2,44(м2оС)/Вт:

Ψ1 = 0,208 + (0,217 - 0,208) х (0,81 - 0,6) / 0,6 = 0,211Вт/(м оС);

- для плиты перекрытия толщиной 210 мм и Rут = 6,1(м2оС)/Вт:

Ψ1 = 0,250 + (0,263-0,250) х (0,81 - 0,6) / 0,6 = 0,254Вт/(м оС).

Затем вычисляем удельные потери тепла для стыка плит перекрытия толщиной 160 и 200 мм со стеной для принятой толщины утеплителя 200 мм с термическим сопротивлением теплопередаче (Rут=4,0(м2оС)/Вт) и теплопроводности материала кладки ( о= 0,81Вт/(м·оС)):

- для плиты перекрытия 160 мм и Rут = 4,0 м2оС)/Вт;

Ψ1 = 0,159 + (0,197- 0,159) х (4,0 - 2,44) / 2,44 = 0,183 Вт/(м оС);

- для плиты перекрытия 210 мм и Rут = 4,0 м2оС)/Вт;

Ψ1 = 0,211 + (0,254-0,211) х (4,0 - 2,44)/ 2,44 = 0,238 Вт/(м оС);

Третьим этапом расчета устанавливаются удельные потери тепла для плиты перекрытия 220 мм, которые составляют:

Ψ1= 0,283 + [(0,238 - 0,183) / (210-160) х 10] = 0,249 Вт/(м оС).

Удельные потери теплоты для узла примыкания оконной рамы толщиной 80 мм к стене (Ψ2, Вт/(м оС), определяются по табл. 3 по одному параметру - термическому сопротивлению теплопередаче утеплителя -Rут = 4,0 (м2оС)/Вт.

Таблица 3 Удельные потери теплоты Ψ1,Вт/(моС) для узла примыкания оконной рамы толщиной 80 мм к 3-х слойной стене с облицовкой кирпичом и перфорацией 3/1

После установления удельных потерьтеплотыдля узла примыкания плит перекрытия и примыкания оконныхрамк 3-х слойной стене с облицовкой кирпичом рассчитываются удельные потери теплоты и удельные потоки теплоты, а также процентные доли общего потокатеплотычерез фрагмент фасада. Данные расчета сводятся в табл. 4, после чего по формуле (1.12) осуществляется расчет приведенного сопротивления теплопередаче (Rопр) ограждающей конструкцииисследуемой стены.

Таблица 4

Определение удельного потока теплоты через ограждающую конструкцию стены

5. Определение приведенного сопротивления теплопередаче фрагмента ограждающей конструкции

Приведенное сопротивление теплопередаче фрагмента ограждающей конструкции рассчитывается по формуле (1.12):

Rопр = = = 3, 311(м2·оС)/Вт.

Согласно «Правил расчета приведенного сопротивления теплопередаче»(34) приведенноесопротивлениетеплопередаче (Rопр) должнобыть не меньшецелевогосопротивления теплопередаче и отличаться от него не более чем на 10% .

Таким образом, при численном значении Rц= 3,408 (м2·оС)/Вт приведенное сопротивление теплопередаче Rопр = 3,311 (м2·оС)/Вт отличается от целевого сопротивления теплопередаче всего лишь на 2,9 %, что не противоречит нормативным требованиям.

Таким образом, принятая в результате теплотехнического расчета толщина утеплителя удовлетворяет условиям тепловой защиты здания.

46

6. Определение коэффициента теплотехнической однородности

Коэффициент теплотехнической однородности (r) определяется по формуле (1.13)

7. Проверка выполнения санитарно-гигиеническихтребований

Проверка выполнения санитарно-гигиенических требований осуществляется из условия, чтобы температура на внутренней поверхности огра-

ждения ( в ) должна быть не менее температуры точки росы (tр).

Температура на внутренней поверхности ограждения ( в ) определяется по формуле (1.14):

где tв- расчетная температура внутреннего воздуха здания, оС;

tн - расчетная температура наружного воздуха в холодный период года, °С;

Rоф- фактическое сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции;

aв- коэффициент тепловосприятия внутренней поверхности ограждающей конструкции.

Подставляем расчетные данные в формулу (1.14) и устанавливаем температуру на внутренней поверхности ограждения ( в ):

Температура точки росы (tр) определяется по табл. 1.9 в зависимости от температуры и относительной влажности внутреннего воздуха помещений.

Согласно табл. 1.9 для температуры внутреннего воздуха tв = 20 ºС и относительной влажности φ = 55 % температура точки росы составляетtр =

10,69 ºС, следовательно, условие: в 18,76 > tв = 10,69 ºС, выполняется. Вывод: ограждающая конструкция 3-хслойной стены удовлетворяет

нормативным требованиям тепловой защиты здания.

47

Пример 2. Определить толщину утеплителя и выполнение санитар- но-гигиенических требований тепловой защиты чердачного перекрытия пятиэтажного жилого дома.

А. Исходные данные

Место строительства - г. Пермь.

Зона влажности и влажностный режим помещения - нормальные. Условия эксплуатации ограждающих конструкций - Б. Продолжительность отопительного периода, zот = 225 суток. Расчетная температура отопительного периода, tот = –5,5 ºС. Температура холодной пятидневки, tн = –35 ºС. Температура внутреннего воздуха, tв = + 20 ºС. Относительная влажность внутреннего воздуха, φв= 55%.

Коэффициент тепловосприятия внутренней поверхности ограждения, aв= 8,7 Вт/(м2·°С).

Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности aн= 23 Вт/(м2·°С).

Состав стенового ограждения приведен в табл. 1

Таблица 1 Нормируемые теплотехнические показатели материалов

чердачного перекрытия

Б. Порядок расчета

Определяем величину градусо-суток отопительного периода по фор-

муле (1.2):

ГСОП = (tв –tот) zот = (20 + 5,5) х 225 = 5737,5 °С·сут/год .

Вычисляем значение требуемого сопротивления теплопередаче чердачного перекрытия по формуле (1.3), приняв значения коэффициентов (а)

= 4,481 – 0,317= 4,164(м2·°С)/Вт,

где Rв - термическое сопротивление тепловосприятия внутренней поверхности ограждения;

Rн - термическое сопротивление теплоотдачи наружной поверхности ограждения;

Rж.б – термическое сопротивление железобетонной плиты перекрытия, величина которого составляет 0,142 (м2·°С)/Вт;

Rп.и – термическое сопротивление слоя пароизоляции;

Далее по формуле (1.8) вычисляем толщину утепляющего слоя:

ут= Rутхλут= 4,164х 0,07 = 0,291 м.

Принимаем толщину утепляющего слоя 300 мм.

Определяем фактическое общее термическое сопротивление теплопередаче чердачного перекрытия (Rоф) с учетом принятой толщины утеплителя:

= 0,115 + 0,142 + 0,017 + 4,285 + 0,043 =4,602(м2· С)/Вт.

Производим сравнение общего фактического и требуемого термиче-

ских сопротивлений теплопередаче чердачного перекрытия:

Rоф = 4,602>Rотр= 4,481(м2·°С)/Вт.

Общее фактическое термическое сопротивление теплопередаче чердачного перекрытия на 2,7% выше требуемого термического сопротивления.

В. Проверка выполнения санитарно-гигиенических требований

Проверяем выполнение условия на не выпадение конденсата на внутренней поверхности ограждения из условия:

в t р

где τв-температура на внутренней поверхности ограждения, оС; tр- температура точки росы, оС.

Рассчитываем температуру на внутренней поверхности ограждения по формуле (1.14):

Согласно табл. (1.9) для температуры внутреннего воздухаtв=20 ºС и относительной влажности =55 % температура точки росы составляет

tр= 10, 69ºС, следовательно, условие: в = 18,63>tр= 10,69ºСвыполняется. Вывод: чердачное перекрытие удовлетворяет нормативным требова-

ниям тепловой защиты здания.

49

Пример 3. Определить толщину утеплителя и выполнение санитар- но-гигиенических требований тепловой защиты совмещенного покрытия пятиэтажного жилого дома.

А. Исходные данные

Место строительства - г. Пермь.

Зона влажности и влажностный режим помещения - нормальные. Условия эксплуатации ограждающих конструкций - Б. Продолжительность отопительного периода, zот = 225 суток. Расчетная температура отопительного периода, tот = –5,5 ºС. Температура холодной пятидневки, tн = –35 ºС.

Температура внутреннего воздуха, tв = + 20 ºС. Относительная влажность внутреннего воздуха, φв= 55%.

Коэффициент тепловосприятия внутренней поверхности ограждения, aв= 8,7 Вт/(м2·°С).

Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения, aн=23 Вт/(м2·°С).

Состав стенового ограждения приведен в табл. 1

Таблица 1 Нормируемые теплотехнические показатели материалов

совмещенного покрытия

Б. Порядок расчета

Определяем величину градусо-суток отопительного периода по фор-

муле (1.2):

ГСОП = (tв –tот) zот = (20 + 5,5) х 225 = 5737,5 °С·сут/год .

50