Поделиться Поделиться

Теплотехническое обоснование ограждающих конструкций зданий

При применении многослойных наружных ограждающих конструкций зданий с повышенными требованиями норм по теплозащите необходимо использовать в толще этих конструкций эффективный утеплитель. Толщина утеплителя определяется теплотехническим расчетом из условий обеспечения необходимого уровня тепловой защиты зданий. Основным показателем, характеризующим уровень тепловой защиты ограждающих конструкций, является сопротивление теплопередаче, R0, которое должно соответствовать требуемым значениям Строительных норм и правил. Нормируемое сопротивление теплопередаче Rreg определяется по СНиП 23-02-2003 [1] в зависимости от типа ограждающих конструкций, климатического района и назначения здания.

Последовательность теплотехнического расчета

наружных ограждающих конструкций

1. Выбор исходных данных:

- назначение здания (из задания);

- тип ограждающей конструкции (наружные стены, чердачное перекрытие, покрытие или окна);

- климатический район (из задания);

- расчетная температура внутреннего воздуха (п. 9.3. СНиП 31-01-2003 [4], табл. 19-27 СНиП 2.08.02-89* [5]);

- расчетная влажность внутреннего воздуха.

2. Определение нормируемого сопротивления теплопередаче Rreg, м2×°С/Вт,

Определяется по таблице 4 СНиП 23-02-2003 [1] в зависимости от градусо-суток отопительного периода района строительства Dd, °С×сут.

Градусо-сутки отопительного периода Dd, °С×сут, определяют по формуле (2) СНиП 23-02-2003 [1]

Dd = (tint - tht) zht, (1)

где tint - расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С;

tht, zht - средняя температура наружного воздуха, °С, и продолжительность, сут, отопительного периода, принимаемые по СНиП 23-01-99* [3] для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более 8 °С (определяется для соответствующего района строительства);

3. Выбор конструктивного решения наружной ограждающей конструкции

Примерное конструктивное решение ограждающей конструкции приведено в задании на проектирование, либо предлагается преподавателем. Ограждающие конструкции должны состоять из нескольких слоев: несущий, утепляющий, облицовочный слои. Необходимо определить расположение утеплителя по отношению к другим слоям, толщина которых известна.

4. Определение толщины утеплителя

Сопротивление теплопередаче R0, м2×°С/Вт, однородной однослойной или многослойной ограждающей конструкции с однородными слоями следует определять согласно СП 23-101-2004 [2]

R0=Rsi+Rk+Rse, (2)

где Rsi=1/ai, ai - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м2×°С), принимаемый по таблице 7 СНиП 23-02-2003 [1];

Rse=1/ae, ae - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для условий холодного периода года, Вт/(м2×°С), принимаемый по таблице 8 СП 23-101-2004 [2];

Rk – термическое сопротивление ограждающей конструкции, равное сумме термических сопротивлений отдельных слоев

Rk=R1+R2+...+Rn, (3)

где R1, R2, ... , Rn - термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, м2×°С/Вт

Термическое сопротивление каждого слоя определяется по формуле 6 п.9.1.1 СП 23-101-2004 [2]:

R=d/l, (4)

где d - толщина слоя, м;

l - расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м×°С), принимаемый по приложению Д СП 23-101-2004 [2].

Расчетные коэффициенты теплопроводности определяются в зависимости от условий эксплуатации ограждающих конструкций: А или Б.

Определение условий эксплуатации осуществляется в зависимости от влажностного режима помещений (табл. 1 СНиП 23-02-2003 [1]) и от зоны влажности (прил. В СНиП 23-02-2003 [1])

Сведя вышеизложенные формулы в одну, получим:

R0 = 1/ai + d1/l1 + d2/l2 + dn/ln + … + dут/lут + 1/ae (5)

в данном случае dут и lуттолщина и коэффициент теплопроводности утеплителя.

Так как сопротивление теплопередаче R0 должно быть больше или равно нормируемому сопротивлению Rreg, то для определения минимальной толщины утеплителя приравниваем R0 к Rreg.

Выделяя из формулы 5 толщину утеплителя dут и принимая вместо R0 = Rreg, получим

dут = (Rreg – 1/ai – d1/l1 – d2/l2 – dn/ln – 1/ae)× lут (6)

При использовании в многослойной ограждающей конструкции гибких или жестких связей сопротивление теплопередаче необходимо корректировать с помощью коэффициента теплотехнической однородности ограждения r , определяемого по приложению Н СП 23-101-2004 [2], но не менее значений, приведенных в таблице 6 [2].

Тогда конечная формула для определения толщины утеплителя в многослойной ограждающей конструкции примет вид:

dут = (Rreg /r – 1/ai – d1/l1 – d2/l2 – dn/ln – 1/ae)× lут (7)

По формуле 7 определяется толщина утеплителя в наружных стенах, покрытиях, перекрытиях (следует отметить, что это минимальная толщина утеплителя).

Определение необходимой конструкции светопрозрачных ограждающих конструкций осуществляется в два этапа:

1. Определение требуемого сопротивления теплопередаче, Rreg, м2×°С/Вт, для окон (табл. 4 СНиП 23-02-2003 [1]).

2. Определение типа заполнения оконных проемов в зависимости от Rreg (по приложению Л СП 23-101-2004 [2]).

Пример расчета

Требуется определить толщину утеплителя в трехслойной кирпичной наружной стене в жилом здании расположенном в г. Омске. Конструкция стены: внутренний слой – кирпичная кладка из обыкновенного глиняного кирпича толщиной 250 мм; наружный слой – кирпичная кладка из облицовочного кирпича толщиной 120 мм; между наружным и внутренними слоями расположен эффективный утеплитель из пенополистирола; наружный и внутренний слой соединяются между собой стальными гибкими связями диаметром 8 мм, расположенными с шагом 0,6 м.

1. Исходные данные

Назначение здания – жилой дом.

Район строительства – г. Омск.

Расчетная температура внутреннего воздуха – +20 0С.

Расчетная влажность внутреннего воздуха – 55%.

2. Определение нормируемого сопротивления теплопередаче

Определяется по таблице 4 СНиП 23-02-2003 [1] в зависимости от градусо-суток отопительного периода. Градусо-сутки отопительного периода, Dd, °С×сут, определяют по формуле (1) исходя из средней температуры наружного воздуха и продолжительности отопительного периода.

По СНиП 23-01-99* [3] определяем, что в г. Омске средняя температура наружного воздуха отопительного периода равна: tht = минус 8,4 0С, продолжительность отопительного периода zht = 221 сут. Величина градусо-суток отопительного периода равна:

Dd = (tint - tht) zht = (20 + 8,4)×221 = 6276 0С сут.

Согласно табл. 4 СНиП 23-02-2003 [1] нормируемое сопротивление теплопередаче Rreg наружных стен для жилых зданий соответствующее значению Dd = 6276 0С сут равно Rreg = a Dd + b = 0,00035×6276 + 1,4 = 3,60 м20С/Вт.

3. Выбор конструктивного решения наружной стены

Конструктивное решение наружной стены предложено в задании и представляет собой трехслойное ограждение с внутренним слоем из кирпичной кладки толщиной 250 мм, наружным слоем из кирпичной кладки толщиной 120 мм, между наружным и внутренним слоем расположен утеплитель из пенополистирола. Наружный и внутренний слои соединяются между собой стальными гибкими связями диаметром 8 мм, расположенными с шагом 0,6 м.

4. Определение толщины утеплителя

Толщина утеплителя определяется по формуле 7:

dут = (Rreg /r – 1/ai – dкк/lкк – 1/ae)× lут

где Rreg – нормируемое сопротивление теплопередаче, м20С/Вт; r – коэффициент теплотехнической однородности; ai – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности, Вт/(м2×°С); ae – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности Вт/(м2×°С); dкк – толщина кирпичной кладки, м; lкк – расчетный коэффициент теплопроводности кирпичной кладки, Вт/(м×°С); lут – расчетный коэффициент теплопроводности утеплителя, Вт/(м×°С).

Нормируемое сопротивление теплопередаче определено: Rreg = 3,60 м20С/Вт.

Коэффициент теплотехнической однородности определяется по приложению Н СП 23-101-2004 [2]. Так как плотность кирпичной кладки 1800 кг/м3, диаметр стальных гибких связей 8 мм, шаг – 0,6 м, то коэффициент теплотехнической однородности равен r = 0,87. Если применить гибкие связи из стеклопластика для которых r = 0,998, этот коэффициентможно не учитывать.

Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности определяется по таблице. 7 СНиП 23-02-2003 [1] ai = 8,7 Вт/(м2×°С).

Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности принимается по таблице 8 СП 23-101-2004 [2] ae = 23 Вт/(м2×°С).

Суммарная толщина кирпичной кладки составляет 370 мм или 0,37 м.

Расчетные коэффициенты теплопроводности используемых материалов определяются в зависимости от условий эксплуатации (А или Б). Условия эксплуатации определяются в следующей последовательности:

- по табл. 1 СНиП 23-02-2003 [1] определяем влажностный режим помещений, так как расчетная температура внутреннего воздуха +20 0С, расчетная влажность 55%, влажностный режим помещений – нормальный;

- по прил. В СНиП 23-02-2003 (карта) [1] определяем, что г. Омск расположен в сухой зоне;

- по табл. 2 [1] в зависимости от зоны влажности и влажностного режима помещений определяем, что условия эксплуатации ограждающих конструкций – А.

По прил. Д СП 23-101-2004 [2] определяем коэффициенты теплопроводности для условий эксплуатации А: для пенополистирола ГОСТ 15588-86 плотностью 40 кг/м3 lут = 0,041 Вт/(м×°С); для кирпичной кладки из глиняного обыкновенного кирпича на цементно-песчаном растворе плотностью 1800 кг/м3 lкк = 0,7 Вт/(м×°С).

Подставим все определенные значения в формулу 7 рассчитываем толщину утеплителя из пенополистирола:

dут = (3,60/0,87 – 1/8,7 – 0,37/0,7 – 1/23)× 0,041 = 0,1415 м

Округляем полученное значение в большую сторону с точностью до 0,01 м: dут = 0,15 м. Выполняем проверочный расчет по формуле 5, умножив на коэффициент теплотехнической однородности:

R0 = (1/ai + dкк/lкк + dут/lут + 1/ae )×r

R0 = (1/8,7 + 0,37/0,7 + 0,15/0,041 + 1/23 ) × 0,87 = 3,78 м2 0С/Вт

Вывод:

Толщина утеплителя из пенополистирола в трехслойной кирпичной стене составляет 150 мм. При этом сопротивление теплопередаче наружной стены R0 = 3,78 м2 0С/Вт, что больше нормируемого сопротивления теплопередаче (Rreg = 3,60 м2 0С/Вт) на 0,18 м2 0С/Вт.

Теплотехнический расчет светопрозрачных ограждающих конструкций

Светопрозрачные ограждающие конструкции (окна) подбирают по следующей методике.

Нормируемое сопротивление теплопередаче Rreg определяется по таблице 4 СНиП 23-02-2003 [1] (колонка 6) в зависимости от градусо-суток отопительного периода Dd. При этом тип здания и Dd принимают как в предыдущем примере теплотехнического расчета светонепрозрачных ограждающих конструкций. В нашем случае Dd = 6276 0С сут, тогда для окна жилого дома Rreg = a Dd + b = 0,00005×6276 + 0,3 = 0,61 м20С/Вт.

Выбор светопрозрачных конструкций осуществляется по значению приведенного сопротивления теплопередаче Ror, полученному в результате сертификационных испытаний или по приложению Л СП 23-101-2004 [2]. Если приведенное сопротивление теплопередаче выбранной светопрозрачной конструкции Ror, больше или равно Rreg, то эта конструкция удовлетворяет требованиям норм.

Вывод:

Для жилого дома в г. Омске принимаем окна в ПВХ-переплетах с двухкамерными стеклопакетами из стекла с твердым селективным покрытием и заполнением аргоном межстекольного пространства у которых Rоr = 0,65 м20С/Вт больше Rreg = 0,61 м20С/Вт.

ЛИТЕРАТУРА (для теплотехнического раздела)

1. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий.

2. СП 23-101-2004. Проектирование тепловой защиты.

3. СНиП 23-01-99*. Строительная климатология.

4. СНиП 31-01-2003. Здания жилые многоквартирные.

5. СНиП 2.08.02-89*. Общественные здания и сооружения

Похожие статьи