Теплотехнический расчет ограждающих конструкций жилых домов

Строительные конструкции внешних ограждений отапливаемых жилых и общественных зданий, кроме требований прочности и устойчивости, огнестойкости и долговечности, архитектурного оформления и экономичности, должны отвечать теплотехническим нормам. Ограждающие конструкции выбирают в зависимости от физических свойств материала, конструктивного решения, температурно-влажного режима воздуха в здании, климатологических характеристик района строительства в соответствии с нормами сопротивления теплопередаче, паро- и воздухопроницинию.

Наружные ограждения должны удовлетворять следующим теплотехническим требованиям:

а) обладать достаточными теплозащитными свойствами, т.е. не допускать излишних потерь тепла зимой, перегрева помещений в летнее время;

б) разность температур воздуха помещений и внутренних поверхностей ограждений не должна превышать нормативных значений. Нарушение требования может вызвать чрезмерное охлаждение человеческого тела излучением тепла на эти поверхности и конденсацию влаги внутреннего воздуха на ограждениях;

в) колебания температуры внутренних поверхностей ограждений при изменении теплового потока должны быть минимальными; это свойство ограждений называется теплоустойчивостью;

г) воздухопроницаемость ограждений не должна существенно ухудшать их теплозащитные свойства и вызывать чрезмерное охлаждение помещений;

д) влажностный режим ограждений должен быть нормальным. Переувлажнение ограждений повышает потерю тепла, снижает долговечность конструкций и вызывает сырость в помещениях.

Чтобы ограждение соответствовало перечисленным требованиям, его рассчитывают на теплопередачу теплоустойчивость, воздухопроницаемость, паропроницаемость и влагопередачу по нормативам СНиП РК 3.02.03-2003.

Соответствующие расчетные схемы ограждающих конструкций приведены на рис.2.46.

Рисунок 2.46 Рачетные схемы ограждения для теплотехнических расчетов.

а - панельная стена: 1- известково-песчаный слой; 2- неавтоклавный пенобетон; 3- железобетон; б – совмещенная вентилируемая крыша: 1 – трехслойный рулонный ковер; 2- бетонные плиты; 3- воздушная прослойка; 4- шлакобетонная корка; 5-шлак топливный; 6-железобетонный многопустотный настил; в- деревянная каркасно-обшивная стена: 1 – древесно - волокнистые листы; 2- обшивка из досок в четверть; 3 – минеральная вата; 4- обшивка из досок в шпунт.

Теплотехнический расчет определяет минимальную толщину стен для того, чтобы в процессе эксплуатации зданий не было случаев промерзания или перегрева.

Теплоизоляционными называют материалы, применяемые в строительстве для защиты зданий и сооружений от потери тепла или холода. Теплоизоляционные материалы применяются для утепления стен, перекрытий жилых, общественных и промышленных зданий, специальных сооружений, трубопроводов и промышленного оборудования.

Органические теплоизоляционные материалы получили широкое распространение в строительстве вследствие наличия в природе сырья для их получения, а также своих высоких теплоизоляционных свойств:

древесноволокнистые теплоизоляционные плиты, фибролит, камышитовые плиты, пенополистирол и т.д.

Теплопроводность λ. Вт/(м·К) или Вт/(м·град.с) количество теплоты, проходящей через испытуемый материал толщиной 1м, площадью 1м2за 1ч. при разности температур по обе стороны материала в 1°С.

Коэффициент теплопроводности зависит от объемного веса, пористости, влажности и температуры материала. Чем больше объемный и влажность материала, тем больше его теплопроводность. Например, в уплотненном и влажном материале с большим объемным весом теплоизолирующая способность пустот меньше, чем в более рыхлом, сухом материале с меньшим объемным весом.

Теплоёмкость С (Дж/К, Дж/град.с)- способность материала поглощать теплоту при нагревании или отдавать ее при охлаждении.

Теплотехнический расчет ограждающих конструкций выполняется для отапливаемых помещений в зимних условиях. Наружное ограждение рассчитывается как плоская стена, разделяющая воздушные сферы с различной температурой.

Сопротивление теплопередаче R0ограждающих конструкций должно быть не менее требуемого сопротивления теплопередаче

R 0 > R 0ТР, (2.6)

где R 0ТР - требуемое сопротивление теплопередаче, (приложения А1)

Сопротивление теплопередаче может быть интерпретировано как разница температуры внутреннего и наружного воздуха (в Кельвинах или градусах Цельсия), требуемая для передачи через 1м2ограждения теплового потока в 1 вт (т.е. 1Дж за 1с) (1 ватт-час=3,6·103Дж),(приложения А2).

Пример №1. Определить расчетную толщину наружных стен из кирпича с наружным слоем штукатурки толщиной 2см. место строительства - г.Алматы.

Объемный вес кирпича γ=1800кг/м³ (1,8т/м³) (рис.2.47).

Рисунок 2.47 Фрагмент конструкций наружной стены:1-кирпичная стена; 2-штукатурка (сложный раствор).

Полагаем стену ограждения средней массивности, т.е 4<Д≤7 Д – тепловая инерция, показывает способность конструкции к сохранению или медленному изменению температуры в его толщинах.

Наружные ограждения считаются легкими при тепловой инерции ; малой массивности при 1,5<Д<4; средней массивности при 4<Д≤7; большой массивности при Д более 7. (приложения А5, табл.4).

Массивные ограждения с большой тепловой инерцией охлаждаются медленно, и кратковременные минимальные температуры воздуха мало влияют на их тепловой режим. Такие ограждения рассчитывают на длительный период охлаждения. Легкие ограждения быстрее охлаждаются и для повышения теплозащитных качеств их рассчитывают на более низкие наружные температуры.

т.к. 4<Д≤7, t_н определяем по формуле , (2.7)

где: t_н – расчетна зимняя температура наружного воздуха.

t_н.пят. – средняя наиболее холодной пятидневки.

t_н.сут. – средняя наиболее холодных суток.

Определяем по приложению А3. t_н.пят=-25⁰С t_н.сут.=-28⁰С

тогда .

Требуемое сопротивление теплопередачи стены:

, (2.8)

где: t_в=20⁰ – расчетная температура внутреннего воздуха,(приложения А4)

n=1 коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждения конструкции по отношению к наружному воздуху

(см. приложения А5 табл.1)

R_в=0,133 – сопротивление теплопереходу у внутренней поверхности ограждения (м²·ч·град/ккал), (см. табл.3.приложения А5).

∆t^H=6 – нормативный температурный перепад между температурой внутренней поверхности и температурой внутреннего воздуха (см. приложения А5 табл.2)

t_в=20⁰С t_н=-26,5⁰С n=1 R_в=0,133⁰С м²ч/ккал ∆t^н=6⁰С

R₀= =1,031=R_в+ + R_вn+ R_н=

где:R_н=0,05- сопротивление теплопереходу у наружной поверхности ограждения (см. приложения А5 табл. 3)

R_вn=0,18- сопротивление теплопередаче замкнутой воздушной прослойке (см. приложения А5 табл. 5)

λ₁=0,7- расчетный коэффициент теплопроводности (приложение А6)

δ₁=(1,031-0,133-0,18-0,05)·0,7=0,468м,

т.е минимальная толщина кирпичной стены 0,468м. Теперь соблюдая кратность толщины кирпичной стены принимаем δ₁=0,51м.

Проверим теплоустойчивость стены:

Для оценки массивности наружных стен тепловую инерцию Д, следует определять по формуле:

Д= =R₁S₁+ R₂S₂, (2.9)

где R_{1,2 -} термическое сопротивление отдельных слоев; δ - толщина слоя;

λ - расчетный коэффициент теплопровозность материала по приложению А6;

S₁, S₂ - расчетные коэффициенты теплоусвоения материала по приложению А6.

т.е условие 4<Д≤7 выполнено.

Поиск по сайту: