Теплотехнический расчет стены: как проводить вычисления
При любом строительстве выполняется ряд необходимых вычислений, в том числе теплотехнический расчет стены. Что он из себя представляет и как его производить?
Понятие теплотехнического расчета
Расчет представляет собой ряд мер и действий, предназначенных для выявления соответствия здания нормам тепловой защиты. Вычисления должны совпадать с основными стандартами СНиП. Расчет предназначен для определения теплопроводности материала, из которого возводится строение, и возможности его существования в определенных климатических условиях.
В чем заключается необходимость данного вычисления, если его показатели никак не влияют на прочность здания?
При возведении постройки владелец может произвести этот расчет, а может и нет. Утеплив дом, владелец значительно снизит свои расходы на отопление. В коротком промежутке времени затраты, конечно, никак не оправдают себя. Но если вопрос заходит о долгосрочной перспективе, стоит рассмотреть расчеты.
Важным показателем является то, что утепление дома не только обеспечивает экономию на отоплении, но также создает микроклимат помещения. Если здание холодное, возникает риск повышенной сырости, которая может привести к образованию грибка и выступу конденсата на стенах.
Ежегодно цены на коммунальные услуги возрастают, а стоимость теплоизоляции остается практически неизменной. При работе отопительной системы нарушается экологичность помещения, что может отразиться на здоровье жильцов дома.
Теплотехнический расчет наружной стены крайне необходим. Он не только обеспечивает оптимальную температуру внутри помещения, но и гарантирует длительный срок службы дома, здоровье жильцов и отсутствие дополнительных затрат в долгосрочной перспективе.
Стоит заранее отметить, что основным показателем при вычислении является площадь стены. Второй по важности — показатель теплопроводности материала, из которого возведены стены.
Проведение вычисления
Любой технологический расчет производится с учетом установленных норм, прописанных в СНиП.
Вычисления осуществляются в несколько этапов, последовательность которых нельзя нарушать. На первом из них рассчитываются трансмиссионные потери через поверхность конструкции. Формула для расчета такова: Qt = F/R*(tв — tн)*(1+b)*n
Расшифровка значений следующая:
- Qt — показатель тепловой энергии, которая передается через стену из внутренней части дома наружу. Измеряется в Ваттах (Вт).
- F — площадь плоскости наружной стены. Единицей измерения являются метры квадратные.
- R — коэффициент сопротивления конструкции процессу теплопередачи. Выводится из расчета (Площадь*температура/Вт).
- Добавочный показатель потери теплоты. Он не рассчитывается, а прописывается нормами СНиП.
- n — коэффициент положения наружной стены по отношению к воздуху на улице. Он также прописан в СНиП.
Следующим действием является расчет теплоты на согревание поступающего с улицы воздуха: Qв = 0,28G*C*(tв — tн)* k, где используются такие показатели:
- 0,28 — устоявшийся показатель.
- Qв — показатель теплоты, необходимый для согревания наружного воздуха. Единицей измерения является Ватт (Вт).
- G — Показатель воздуха, который попадает в помещение не согретым. Измеряется в килограммах в час.
- С — Удельная теплоемкость воздуха, равна 1 КДж/(кг*С).
- k — показатель влияния теплого потока, движущегося навстречу. Константа и напрямую зависит от размера и типа окон.
Произведя расчеты по данным формулам, можно определить тепловую нагрузку помещения, что поможет с точностью выявить тип и слой утепления, необходимый для поддержания оптимальной температуры в доме.
Существует еще один показатель, который актуально использовать при теплотехнических вычислениях. Он рассчитывается из учета площади конструкции, умноженной на 0,1 кВт.
Благодаря теплотехническим вычислениям стены при долгосрочном строительстве можно избежать дополнительных затрат в будущем. Таким образом, это необходимый и важный момент в возведении дома.
postroystenu.ru
Пример теплотехнического расчета наружных стен с вентилируемой воздушной прослойкой
2.1 Исходные данные.
В г. Челябинск существует 10-этажное кирпичное отдельно стоящее здание. В здании располагаются офисные помещения. Высота здания 30 м.
Конструктивный слой стены – кладка из силикатного кирпича толщиной δκ=0,51 м, коэффициент теплопроводности кладки λκ=0,87 Вт/(м°С).
Утеплитель – минераловатные плиты с коэффициентом теплопроводности λy=0,045 Вт/(м°С).
Ширина вентилируемой прослойки dпр =0,05 м.
Используется облицовочный материал – фасадная панель производства ЗАО «ИНСИ»,толщиной 0,5 мм.
Количество креплений на квадратный метр конструкции nк= 1,72.
2.2 Расчетные характеристики климата района строительства и микроклимата здания.
Средняя температура наиболее холодной пятидневки tн =-34 °С.
Средняя температура отопительного периода tht = -6,5 °С.
Продолжительность отопительного периода zht = 218 сут.
Характеристики микроклимата помещения берутся по СНиП 23-02-2003.
Температура внутреннего воздуха tint = 20 °С по [14]
Относительная влажность внутреннего воздуха φв = 55%.
zht = (20°С + 6,5°С)∙218 сут =5777 °С∙сут.
2.3 Нормируемое значение сопротивления теплопередаче стены.
Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции в соответствии со СНиП 23-02-2003 следует принимать не менее нормируемого значения Rreg = a∙Dd + b. Нормируемое значение сопротивления теплопередаче стен из условий энергоснабжения определяется по таблице 4 СНиП 23-02-2003. Для стен a = 0,0003; b = 1,2. Rreg = 0,0003∙5777 + 1,2 = 2,93 м2°С/Вт
2.4 Определение требуемой толщины теплоизоляционного слоя.
Толщина теплоизоляционного слоя определяется методом интерации по формуле (3). На первом шаге итерации коэффициент теплотехнической однородности принимается равным единице r = 1.
Соответствующая толщина теплоизоляционного слоя:
Для получившейся толщины теплоизоляционного слоя по табл. 1. методом интерполяции определяется коэффициент теплотехнической однородности конструкции:
Второй шаг итерации.
r = 0,980
На последнем шаге итерации толщина утеплителя изменилась менее чем на 5 мм, значит процесс итерации можно прекратить.
По результатам расчета толщина утеплителя должна быть не менее 0,101 м.
Из конструктивных соображений принимается толщина утеплителя δу =0,15 м.
Коэффициент теплотехнической однородности конструкции r = 0,95.
2.5 Определение параметров воздухообмена в прослойке.
Определяется скорость движения воздуха, температура воздуха и коэффициент теплообмена в вентилируемой воздушной прослойке для наиболее холодного месяца. В данном случае наиболее холодный месяц январь и tн = -15,8 °С.
Приточные и вытяжные отверстия воздушной прослойки расположены на одной стороне здания, т.е. Кн = Кз.
ξэкв = ξвх + ξвых + ξповоротов = 1 + 1 + 0,75∙2=3,5.
Rв = r∙R0
Rн= 1/αн + Rоб = 1/23 = 0,043 м2°С/Вт. (Rоб = 0, пренебрегаем термическим сопротивлением облицовки)
На первом шаге интерации принимаем Vпр = 1 м/с.
αпр = ακ + αл.
ακ = 7,34 ∙ 10,656 + 3,78 е-1,9 = 7,9 Вт/(м2°С).
Второй шаг итерации
ακ = 7,34 ∙ 0,390,656 + 3,78 е-1,9 ∙ 0,39 = 5,76 Вт/(м2°С).
αл =0,61 Вт/(м2°С).
αпр = 5,76 + 0,61 = 6,37 Вт/(м2°С).
γcp = 353/(273-15,12) = 1,37
Третий шаг итерации
ακ = 7,34 ∙ 0,520,656 + 3,78 е-1,9 ∙ 0,52 = 6,2 Вт/(м2°С).
αл
αпр = 6,2 + 0,61 = 6,81 Вт/(м2°С).
γcp = 353/(273-14,6) = 1,37
Четвертый шаг итерации
ακ = 7,34 ∙ 0,490,656 + 3,78 е-1,9 ∙ 0,49 = 6,11 Вт/(м2°С).
αл =0,61 Вт/(м2°С).
αпр = 6,11 + 0,61 = 6,72 Вт/(м2°С).
γcp = 353/(273-14,75) = 1,37
Скорость движения воздуха на последнем шаге итерации изменилась менее чем на 5%, процесс итерации можно прекратить.
Определяется скорость движения воздуха, температура воздуха и коэффициент теплообмена в вентилируемой воздушной прослойке для наиболее жаркого месяца в момент нагрева стены солнцем. В данном случае наиболее жаркий месяц июль и температура наружного воздуха tн = 27 °С (средняя максимальная дневная температура июля). Удельный поток лучистой энергии падающий на стену qс = 788 Вт/м2.
ξэкв = 3,5Приходящий удельный поток тепла составляет qпр = ρпл∙qс.
ρпл – коэффициент поглощения солнечной радиации материалом облицовки, принимаемый по таблице 14 СП 23-101-2004. Для стали листовой окрашенной зелёной краской ρпл = 0,6
qпр = 0,6 ∙ 788 = 466,8 Вт/м2.
Rв = r∙R0 = 0,95∙(1/23 + 1/8,7 + 0,51/0,87 + 0,15/0,045) = 3,87 м2°С/Вт.
Rн = 1/αн + Rоб = 1/23 = 0,043 м2°С/Вт. (Rоб = 0, пренебрегаем термическим сопротивлением облицовки)
Первый шаг итерации
На первом шаге итерации Vпр = 1 м/с, tоб = 50 °С. αпр = 11 Вт/(м2∙°С).
Второй шаг итерации.
αк = 7,34 ∙ 1,720,656 + 3,78 е-1,9 ∙ 1,72 = 10,64 Вт/(м2°С).
αпр
Третий шаг итерации.
αк = 7,34 ∙ 1,370,656 + 3,78 е-1,9 ∙ 1,37 = 9,31 Вт/(м2°С).
αпр = 9,31 + 0,61 = 9,92 Вт/(м2°С).
Скорость движения воздуха на последнем шаге итерации изменилась менее чем на 5%, процесс итерации можно прекратить.
2.6 Расчет защиты от переувлажнения ограждающих конструкций.
Расчет сопротивления паропроницанию рассматриваемой конструкции производится по методике описанной в разделе 1.6
Так как рассматриваемая конструкция многослойна, то Rvp равно сумме сопротивлений паропроницанию составляющих её слоев.
Расчетная температура для жилых помещений tint = 20 °С [14], относительная влажность внутреннего воздуха для жилых помещений φint = 55% [4]
Revp вычислить невозможно, т.к. по п 13.5 примечания 1 [13] сопротивление паро-проницанию воздушной прослойки равно 0 и сопротивление паропроницанию облицовки из листовой стали также равно 0
z0 = (31 + 28 + 31 + 30 + 31) = 151 сут.
t0 = – 11,32 °С
Е0 = 237 Па.
Согласно [4] в многослойной ограждающей конструкции увлажняемым слоем является утеплитель минераловатный
ρw = ρ0 = 100 кг/м3, при толщине δw = 0,15 м, предельно допустимое приращение расчетного массового отношения влаги в этом материале согласно [4] Δwav = 3%
Rvp > Rvp2reg следовательно, условие по защите ограждающей конструкции от переувлажнения выполняется.
2.7 Расчет температурного поля.
Длина крепления 50 мм + 150 мм = 200мм. Толщина метала, из которого изготавливаются детали 1,0 мм. Суммарная ширина части кронштейна, прорезающей минераловатные плиты 100 мм. Площадь сечения кронштейна 100 мм2. Площадь части кронштейна прилегающей к конструктивному слою стены (опоры) 3000 мм2.
Площадь паронитовой прокладки 3000 мм2. Толщина паронитовой прокладки 4мм.
Диаметр стального крепления (анкера) 7 мм. Количество анкеров 2 шт. Глубина погружения стального анкера в конструктивный слой 90 мм.
Для оцинкованного стального кронштейна
ξн = 0,22 м.
Sн = 1,0 ∙ 10-4 м2.
tкк = 8 °С.
tпр = -14,73 °С.
αпр = 6,72 Вт/(м2°С).
R0пр 0,95 4,08 = 3,88 м2°С/ Вт
Приведенное сопротивление конструкции 3,88 м2°С/ Вт больше требуемого значения 2,93 м2°С/ Вт, значит конструкция удовлетворяет СНиП 23-02-2003 по энергоснабжению.
2.8 Расчет влажности воздуха на выходе из вентилируемой воздушной прослойки.
tпр = -14,73°С.
Vпр = 0,49 м/с.
eу = 272,7 Па.
eн = 25 Па.
Rобn исключается так как сталь паронепроницаема
Парциальное давление водяного пара в вентилируемой прослойке меньше давления насыщенного водяного пара при температуре равной температуре воздуха в вентилируемой прослойке и составляющего 170,2 Па, значит, конструкция вентилируемой прослойки, с точки зрения обеспечения благоприятного влажностного режима не нуждается в улучшении.
Нормативные документы и литература по разделу
- СНиП 2.08.01-89 – Жилые здания.
- СНиП 2.01.07-85 – Нагрузки и воздействия.
- СНиП II-23-81 – Стальные конструкции.
- СНиП 23-02-2003 – Тепловая защита зданий.
- СНиП 23-01-99 – Строительная климатология.
- СНиП 2.03.11-85 – Защита строительных конструкций от коррозии.
- СНиП 21-01-97 – Пожарная безопасность зданий и сооружений.
- ГОСТ 17177-94 – Материалы и изделия строительные теплоизоляционные. Методы испытаний.
- СНиП 2.01.01-82 – Строительная климатология и геофизика.
- Фокин К.Ф. – «Строительная теплотехника ограждающих частей зданий. 1973.
- Богословский В.Н. – «Тепловой режим здания». 1979.
- Руководство по расчету влажностного режима ограждающих конструкций зданий. 1984.
- СП 23-101-2004 – Проектирование тепловой защиты зданий
- ГОСТ 30494 – Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях.
insi-dom.ru
Теплотехнический расчет наружной стены
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Сыктывкарский лесной институт филиал государственного
образовательного учреждения высшего профессионального
образования «Санкт-Петербургская государственная
лесотехническая академия имени С. М. Кирова»
(СЛИ)
Кафедра «Дорожного, промышленного и гражданского строительства»
Расчетно-графическая работа
по дисциплине: Теплогазоснабжение с ОТТ
Выполнила: | |
Проверил: |
Сыктывкар 2015
Теплотехнический расчет наружной стены.
Исходные данные:
Место строительства г. Брянск.
Зона влажности – нормальная.
Влажностный режим помещения нормальный.
Температура воздуха наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0,92 tн5 = -26 C.
Расчетная температура внутреннего воздуха tв= 20 C.
Относительная влажность в= 55% .
Условия эксплуатации наружного ограждения Б.
Температура отопительного периода (со среднесуточной температурой t≤ 8˚C) tо.п = -2,3 С. Продолжительность отопительного периода о.п = 205.
Конструкция наружной стены:
Наружные стены 5-ислойные. 1 бетонная плита, теплопроводность 1, = 1,51 Вт/°С, толщина внутреннего и наружного слоя 200 мм. 2 утепляющий слой, теплопроводность 2 = 0,041 Вт/°С. 3 бетонная плита, теплопроводность 3 = 1,69 Вт/°С, толщина слоя 600 мм.
Значение коэффициента n для наружных стен n = 1 (таб. 6 СНиП 23-02-2003).
Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности стены в = 8,7 Вт/(м2.С) (таб. 7 СНиП 23-02-2003).
Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности стены н = 23 Вт/(м2.С).
Нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха tв и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, для жилых помещений tн = 4 (таб.5 СНиП 23-02-2003).
Решение:
1. Сопротивление теплопередаче R0 должно быть не менее требуемого сопротивления теплопередаче по санитарно-гигиеническим условиям R0тр.
Требуемые минимальные значения сопротивления теплопередаче из условий энергосбережения определяются из таблицы 4 СНиП 23-02-2003 по величине градусо-суток отопительного периода (ГСОП).
ГСОП = (tв-t о.п)Zо.п = (20-(-2,3)) .205 = 4571,5 С . сут
Требуемое сопротивление теплопередаче определяем интерполяцией по таблице 4 СНиП 23-02-2003.
Значения Rтр для величин Dd, отличающихся от табличных, следует определять по формуле: Rтр = aDd + b,
где Dd градусо-сутки отопительного периода, °С·сут, для конкретного пункта;
a, b коэффициенты, значения которых следует принимать по данным таблицы для соответствующих групп зданий (для стен a = 0,00035, b = 1,4)
Выбираем максимальное .
2. Определяем необходимую толщину утепляющего слоя из условия R0> R0тр
Определим необходимую толщину утепляющего слоя:
По конструктивным требованиям принимаем минимальную толщину утепляющего слоя ут = 0,1 м (100мм). Общее сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции:
Условие R0 = 3,012 м2·С/Вт R0тр = 3,0м2·С/Вт выполнено, следовательно конструкция соответствует требованиям а) п.5.1 СНиП 23-02-2003.
3. Проверка выполнения санитарно-гигиенических требований тепловой защиты здания.
Определяем температуру внутренней поверхности стены по формуле:
Разница температур внутреннего воздуха и внутренней поверхности стены:
Перепад температур меньше нормируемого.
Теплотехнический расчет перекрытия над подвалом.
Исходные данные:
Температура воздуха наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0,92 tн5 = -26 C.
Расчетная температура внутреннего воздуха tв= 20 C.
Температура отопительного периода (со среднесуточной температурой t≤ 8˚C) tо.п = -2,3 С
Продолжительность отопительного периода (сут.) о.п = 205.
Значение коэффициента n для подвальных перекрытий n = 0,6 (таб. 6 СНиП 23-02-2003).
Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности перекрытия в = 8,7 Вт/(м2.С) (таб. 7 СНиП 23-02-2003).
Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности перекрытия н = 17 Вт/(м2.С).
Нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха tв и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, для жилых помещений tн = 2 (таб.5 СНиП 23-02-2003).
Состав конструкции подвального перекрытия:
1 линолеум, теплопроводность 1= 0,35 Вт/°С, толщина слоя 3 мм. 2 стяжка, теплопроводность 2= 0,58 Вт/°С, толщина слоя 20 мм. 3 пароизоляционный слой, теплопроводность 3= 0,185 Вт/°С, толщина слоя 3 мм. 4 теплоизоляционный слой, теплопроводность 4= 0,041 Вт/°С. 5 плита перекрытия, теплопроводность 5= 1,69 Вт/°С, толщина слоя 220 мм.
1. Находим термическое сопротивление многопустотной ж/б панели.
Для упрощения круглые отверстия – пустоты панели диаметром 150 мм заменяем равновеликими по площади квадратными со стороной 130 мм.
Термическое сопротивление в направлении, параллельном движению теплового потока, вычисляем в двух характерных сечениях I-I и II-II.
Сечение I-I:
два слоя бетона δ = 30 мм, = 1,69 Вт/м°с и воздушная прослойка δ = 130 мм.
Термическое сопротивление воздушной прослойки Rв.п. = 0,21 (табл. 1.6 [5])
Сечение II-II:
глухая часть панели – слой бетона δ = 150 мм = 1,69 Вт/м°с.
Термическое сопротивление неоднородной ограждающей конструкции в параллельной плоскости:
Термическое сопротивление в направлении, перпендикулярном движению теплового потока, вычисляем в трех характерных слоях 1,2,3.
Для слоев 1 и 3 бетон δ = 30мм = 1,69 Вт/м°с
Для слоя 2 найдем средний коэффициент теплопроводности, т.к. констркция этого слоя состоит из воздушной прослойки δ = 90мм и ж/б толщиной δ = 30мм.
Суммарное термическое сопротивление всех трех слоев панели:
Можно принять полученные сопротивления, и полное термическое сопротивление ж/б панели:
2.Найдем требуемое сопротивление теплопередаче по санитарно-гигиеническим условиям R0тр.
3. Определяем необходимую толщину утепляющего слоя.
Теплотехнический расчет ведется из условия равенства общего термического сопротивления Rо требуемому, т.е Rо= 1,69 .
Термическое сопротивление ограждающей конструкции может быть представлено как сумма термических сопротивлений отдельных слоев, т.е.
Принимаем толщину утепляющего слоя пенополиуретана равной 50 мм.
Общее сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции:
Условие R0 = 2,3 м2·С/Вт R0тр = 1,69 м2·С/Вт выполнено, следовательно конструкция соответствует требованиям а) п.5.1 СНиП 23-02-2003.
4. Проверка выполнения санитарно-гигиенических требований тепловой защиты здания.
Определяем температуру внутренней поверхности стены по формуле:
Разница температур внутреннего воздуха и внутренней поверхности стены:
Перепад температур меньше нормируемого (таб.5 СНиП 23-02-2003) Конструкция соответствует требованиям б) п.5.1 СНиП 23-02-2003
ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ БЕСЧЕРДАЧНОГО ПЕРЕКРЫТИЯ.
Исходные данные:
Температура воздуха наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0,92 tн5 = -26 C.
Расчетная температура внутреннего воздуха tв= 20 C.
Температура отопительного периода (со среднесуточной температурой t≤ 8˚C) tо.п = -2,3С
Продолжительность отопительного периода (сут.)о.п = 205.
Значение коэффициента n для подвальных перекрытий n = 1 (таб. 6 СНиП 23-02-2003).
Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности потолка в = 8,7 Вт/(м2.С) (таб. 7 СНиП 23-02-2003).
Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности чердачного перекрытия н = 12 Вт/(м2.С).
Нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха tв и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, для жилых помещений tн = 3 (таб.5 СНиП 23-02-2003).
Состав конструкции бесчердачного перекрытия :
1 водоизоляционный ковер, теплопроводность 1= 0,27 Вт/°С, толщина слоя 4,5 мм, 2 асфальтовая стяжка, теплопроводность 2= 1,05 Вт/°С,м, толщина слоя 10 мм, 3 утеплитель , теплопроводность 3= 0,041 Вт/°С, 4 плита перекрытия, теплопроводность 6= 1,69 Вт/°С, толщина слоя 90 мм
1.Найдем требуемое сопротивление теплопередаче по санитарно-гигиеническим условиям R0тр.
3. Определяем необходимую толщину утепляющего слоя.
Теплотехнический расчет ведется из условия равенства общего термического сопротивления Rо требуемому, т.е Rо= 1,76 .
Термическое сопротивление ограждающей конструкции может быть представлено как сумма термических сопротивлений отдельных слоев, т.е.
Принимаем толщину утепляющего слоя минераловатных плит равной 50мм.
Общее сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции:
Условие R0 = 1,98 м2·С/Вт R0тр = 1,76 м2·С/Вт выполнено, следовательно конструкция соответствует требованиям а) п.5.1 СНиП 23-02-2003.
4. Проверка выполнения санитарно-гигиенических требований тепловой защиты здания.
Определяем температуру внутренней поверхности стены по формуле:
Разница температур внутреннего воздуха и внутренней поверхности стены:
Перепад температур меньше нормируемого (таб.5 СНиП 23-02-2003) Конструкция соответствует требованиям б) п.5.1 СНиП 23-02-2003
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
- СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий.
- СНиП 23-01-99. Строительная климатология.
- СП 23-101-2004. Проектирование тепловой защиты зданий.
- Худяков А.Д. Теплозащита зданий в северных условиях: Учебное пособие для вузов. М: Издательство АСВ, 2001- 107с., с илл.
- Справочник по теплоснабжению и вентиляции (издание 4-е). Книга 1-я. Р.В. Щекин, С.М. Кореневский Киев, 1976 416с.
refleader.ru