Методические указания к курсовому

ТЕПЛОЗАЩИТА ЗДАНИЙ

и дипломному проектированию

по дисциплине

для студентов всех форм обучения

специальностей:

290300-Промышленное и гражданское строительство

290500-Городское строительство и хозяйство

Краснодар 2003

Составитель: канд. тех. наук, доц. Шпилевой Н.А.

УПК 69.022.697.1

Теплозащита зданий. Методики расчета утепления зданий на зимний и летний периоды года. Указания к курсовому и дипломному проектированию гражданских и промышленных зданий для студентов всех форм обучения специальностей: 290300-Промышленное и гражданское строительство и 290500-Городское строительство и хозяйство./Сост.: Н.А Шпилевой; Кубан. гос. технол. ун-т. Каф. архитектуры гражданских и промышленных зданий. – Краснодар: Изд-во КубГТУ,2002 – 39с.

Приведены методики расчета, справочные данные, приложения и примеры расчета.

Библиогр. 5 назв.

Печатается по разрешению Редкционно-издательского совета университета.

Резиденты: зам. директора ЦПК «Строитель»

канд. тех. наук Х.С. Хунагов;

доцент кафедры Архитектуры А.С. Даниелян

ГиПЗС КубГТУ

Содержание

Введение……………………………………………………………………………………………….4

1. Теплотехнический расчет однородных ограждающих конструкций……..5

2. Теплотехнический расчет неоднородных ограждающих конструкций…10

3. Теплоустойчивость ограждающих конструкций………………………………….23

4. Влажностный режим наружных ограждений………………………………………29

Заключение………………………………………………………………………………………….33

Приложение 1………………………………………………………………………………………34

Приложение 2………………………………………………………………………………………35

Библиографический список…………………………………………………………………..38

ВВЕДЕНИЕ.

В настоящие время на территории Краснодарского края действуют два нормативных документа для теплотехнических расчетов ограждающих конструкций зданий: общероссийский СНиП II-3-79* - Строительная теплотехника и СНКК 23-302-2000 – Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий. Последний предназначен только для гражданских зданий Краснодарского края и имеет цель определения требуемых термических сопротивлений всех элементов ограждающей оболочки здания. Согласно СНКК 23-302-2000 требуемые термические сопротивления всех элементов ограждающей оболочки определяются на основе равенства требуемого удельного расхода тепловой энергии на отопление здания и расчетного. Разница между ними допускается в пределах 5%. Требуемый расход тепловой энергии на отопление здания в зависимости от вида зданий и этажности приведен в табл. 3.7 СНКК 23-302-2000. После определения требуемых термических сопротивлений всех элементов ограждающей оболочки студент обращается к СНиП II-3-79* - Строительная теплотехника, задается конструкциями ограждений, материалами с их теплотехническими характеристиками, условиями эксплуатации и по приведенным методикам определяет толщину утеплителей по зимним и летним условиям для однородных и неоднородных конструкций.

В методических указаниях представлены методики и примеры расчета однородных и неоднородных конструкций на зимние условия и на теплоустойчивость, некоторые положения влажностного режима наружных ограждений.

1.ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ОДНОРОДНЫХ

ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ.

В простейшем виде ограждающая конструкция здания по своей расчетной схеме представляет плоскую конструкцию (стенку, плиту), ограниченную параллельными поверхностями. Она разделяет воздушные среды с различными температурами.

Цель теплотехнического расчета ограждающих конструкций - предание им необходимых теплозащитных качеств.

Ограждающая конструкция называется однородной, если выполнена из одного материала, и - слоистой, если состоит из нескольких материалов, слои которых расположены параллельно внешним поверхностям ограждения.

Коэффициент теплопроводности – одна из основных теплофизических характеристик строительных материалов. Он представляет собой количество тепла, которое проходит в единицу времени через 1м² ограждения толщиной 1м при разности температур на его поверхностях в 1°С.

Коэффициент теплопроводности зависит от объемной массы (плотности) и влажности материала.

Через плоскую, однородную ограждающую конструкцию поток тепла проходит перпендикулярно к ее поверхности. Термическое сопротивление однородного ограждения или отдельного конструктивного слоя, входящего в состав слоистой конструкции определяется выражением:

м²·°С/Вт, (1.1)

где δ - толщина ограждения, м;

λ - коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м²·°С)

Термическое сопротивление слоистой конструкции равно сумме термических сопротивлений слоев.

, (1.2)

где δ₁ … δ_n - толщина отдельных слоев, м;

λ₁ … λ_n - коэффициенты теплопроводности материала слоев с учетом условий эксплуатации ограждающих конструкций.

При передаче тепла через ограждающую конструкцию в холодный период года происходит падение температуры от t_В до t_Н.

При этом общий температурный перепад (t_В - t_Н) состоит из суммы трех частных перепадов.

Температура внутренней поверхности τ _В ограждающей конструкции в холодный период года более низка, чем температура воздуха помещения t_В, т.е. имеет место температурный перепад (t_В - τ_В). В пределах толщины ограждающей конструкции температурный перепад равен (τ_В - τ_Н). Температура наружной поверхности конструкции τ_Н несколько выше температуры наружного воздуха t _Н, и перепад у этой поверхности составляет (τ _Н - t _Н).

Каждый из этих температурных перепадов вызван конкретным сопротивлением переносу тепла:

перепад (t _В – τ _В) - сопротивлением тепловосприятию R_B;

перепад (τ _В – τ _Н) - термическим сопротивлением конструкции R;

перепад (τ _Н – t _Н) - сопротивлением теплоотдачи R_H.

Общее сопротивление ограждающей конструкции теплопередаче

R_O равно сумме всех отдельных сопротивлений:

м²·°С/Вт, (1.3)

Сопротивление тепловосприятию ;

Сопротивление теплоотдаче ,

где α _B и α _H – соответственно коэффициент тепловосприятия и коэффициент теплоотдачи принимаются по таблице № 4*,6* (3).

Основное условие расчета на зимний период ;

т.е. сопротивление теплопередачи ограждающей конструкции должно быть больше или равно требуемому сопротивлению, определяемому, исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий и из условий энергоснабжения.

Требуемое сопротивление теплопередачи ограждающих конструкций, отвечающих санитарно-гигиеническим и комфортным условиям, определяют по формуле:

; (1.4)

где n - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху по табл.3*(3);

t_B - расчетная температура внутреннего воздуха °C, принимаемая согласно ГОСТ 30494-96(5);

t_H - расчетная зимняя температура наружного воздуха равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по СНиП 2.01.01-82(2);

Δ t^H - нормативный температурный период между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемый по таблице №2*(3);

α_B - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемой по таблице № 4*(3).

Для нахождения требуемого сопротивления ограждающей конструкции их условий энергосбережения необходимо определить градусосутки отопительного периода района строительства и по полученной величине по таблице № 1^Б найти требуемое сопротивление элементов ограждающей оболочки, ;

; (1.5)

где t_B - расчетная температура внутреннего воздуха;

t_от.пер - соответственно средняя температура °C и продолжительность отопительного периода, сутки.

Из двух найденных требуемых сопротивлений теплопередачи ограждающей конструкции в формулу основного условия расчета подставляем большее значение, решаем уравнение и определяем толщину утеплителя.

ПРИМЕР №1.1

Задание: Определить толщину кирпичной стены с термовкладышем

жилого дома для климатических условий г. Краснодара.

Климатические характеристики района строительства:

Рисунок 1.1 - Схема наружной стены

1.Температура наружного воздуха tH =(-19 °С). 2.Температура внутреннего воздуха tB =+20 °С. 3.Нормативный температурный перепад Δ tB =4 °С. 4.Средняя температура наружного воздуха за отопительный период tот.пер =+1,5 °С. 5. Продолжительность отопительного периода z =152 сут. Теплотехнические характеристики материалов: Условия эксплуатации «А» 1.Внутренняя штукатурка – известково-песчаный раствор: плотность γ =1600 кг/м3 коэффициент теплопроводности λ =0,7 Вт/(м·°С) 2.Кирпич: плотность γ =1800 кг/м3 коэффициент теплопроводности λ =0,7 Вт/(м·°С) 3.Утеплитель – пенополистирол: плотность γ =100 кг/м3 коэффициент теплопроводности λ =0,041 Вт/(м·°С)

РЕШЕНИЕ.

Определяем требуемое сопротивление теплопередаче стены, исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий.

м²·°С/Вт

Требуемое сопротивление теплопередачи, исходя из условий энергосбережения находим по таблице № 1^Б (СНиП II-3-79*) предварительно определив градусосутки отопительного периода для района строительства.

откуда м²·°С/Вт (найдено с помощью интерполяции)

Сопротивление теплопередачи данной конструкции стены складывается из сопротивлений теплопередачи всех слоев и сопротивлений теплопереходу:

;

;

;

откуда м

Толщина стены: м

ПРИМЕР №1.2

Задание: Определить толщину наружной стены панельного жилого

дома в г. Тихорецке.

Климатические характеристики района строительства:

Рисунок 1.2 - Схема наружной стены

1.Температура наружного воздуха tH =(-22 °С). 2.Температура внутреннего воздуха tB =+20 °С. 3.Нормативный температурный перепад Δ tB =4 °С. 4.Средняя температура наружного воздуха за отопительный период tот.пер =+0,2 °С. 5. Продолжительность отопительного периода z =162 сут. Теплотехнические характеристики материалов: Условия эксплуатации «А» 1.Внутренняя штукатурка – цементно-песчаный раствор: плотность γ =1800 кг/м3 коэффициент теплопроводности λ =0,76 Вт/(м·°С) 2.Керамзтобетон: плотность γ =1200 кг/м3 коэффициент теплопроводности λ =0,44 Вт/(м·°С) 3.Утеплитель – пенополистирол: плотность γ =100 кг/м3 коэффициент теплопроводности λ =0,041 Вт/(м·°С)

РЕШЕНИЕ.

Определяем требуемое сопротивление теплопередаче стены, исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий.

м²·°С/Вт

Требуемое сопротивление теплопередачи, исходя из условий энергосбережения находим по таблице № 1^Б (СНиП II-3-79*) предварительно определив градусосутки отопительного периода для района строительства.

откуда м²·°С/Вт (найдено с помощью интерполяции).

Сопротивление теплопередачи данной конструкции стены складывается из сопротивлений теплопередачи всех слоев и сопротивлений теплопереходу:

;

;

;

откуда м

Толщина стены: м

2.ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ НЕОДНОРОДНЫХ ОГРАЖДАЮЩИХ

КОНСТРУКЦИЙ.

При установившихся условиях теплопередачи через плоскую теплофизически однородную ограждающую конструкцию передача тепла с одного участка ограждения на другой соседний не происходит, и температура в ограждении изменяется только в одном направлении (по нормальным сечениям конструкции от внутренней до наружной поверхности).

Реальные ограждающие конструкции зданий часто неоднородны в теплофизическом отношении, поскольку имеют углы, проемы и стыки различных элементов. Распределение температур таких неоднородных участков более сложно, т. к. возможна передача тепла от одного сечения конструкции к другим сечениям (рис. 2.1). В результате тепло распространяется в двух направлениях «X», «Y». В связи с этим в углах стен около проемов и стыков одномерное распределение температур нарушается.

На рис 2.1 показано распределение температур в наружном углу стены, установленное при помощи электроинтегратора. Из рисунка видно, что температура в углу ниже температуры поверхности участка стены удаленного от угла.

Рисунок 2.1 - Примеры неоднородных участков и конструкций.

а) передача тепла менее утепленным участкам ограждающих конструкций и искажение одномерного распределения у стыков панелей;

б) схема ограждающей конструкции с теплопроводным включением;

в) распределение температур в наружном углу стены, установленная при помощи электроинтеграторов;

г) кирпичная стена колодцевой кладки (колодцы заполнены шлакобетонном);

д) расчетная схема неоднородной ограждающей конструкции;

е) многопустотная плита перекрытия (покрытие).

Понижение температуры может достигать 4-7 °C и служит причиной отсыревания стен в наружных углах здания.

Причины понижения температур на внутренних поверхностях наружных углов следующее:

- неравенство площадей тепловосприятия и теплоотдачи, вытекающей из геометрической формы угла;

- изменение коэффициента тепловосприятия α_B на внутренней поверхности наружного угла из-за уменьшения лучистого теплообмена и ослабления конвективных токов воздуха.

Понижение температур на внутренней поверхности ограждающей конструкции имеет место также на участках, выполненных из более теплопроводных материалов (рис.2.1б). Оно допускается только в помещениях с нормальной влажностью (не более, чем 1-2°C) во избежание конденсации влаги на переохлажденных участках ограждения.

Расчет сопротивления теплопередачи указанных конструкций по формуле (1.2) может дать результат, сильно отличающийся от действительного значения R_O этих конструкций.

Приближенный теплотехнический расчет неоднородных ограждающих конструкций состоит в определении средней величины термического сопротивления по значениям термических сопротивлений отдельных участков ограждения.

Поскольку в неоднородной конструкции основное направление потока тепла (от внутренней поверхности ограждения к наружной) искривляется из-за различной теплопроводности отдельных элементов, теплофизический расчет приходится выполнять в два этапа, рассматривая конструкцию:

1) в направлении, параллельном основному потоку тепла;

2) в направлении перпендикулярном к этому потоку.

Для первого расчета ограждающая конструкция мысленно разрезается плоскостями параллельно потоку тепла, на отдельные участки с разными теплофизическими свойствами. В конструкции (рис.2.1д) это будут участки I,II,III с площадями на поверхности F_I, F_II, F_III и термическими сопротивлениями R_I, R_II, R_III. Термическое сопротивление каждого участка находят по формуле (1.2):

,

Среднее значение термического сопротивления по первому расчету, т.е. в направлении параллельном потоку тепла будет:

м²·°С/Вт, (2.1)

где R_I, R_II, R_III - термические сопротивления выделенных участков;

F_I, F_II, F_III - соответственно их площади по поверхности.

Для второго расчета ограждающая конструкция мысленно разрезается на отдельные слои плоскостями перпендикулярными тепловому потоку. Эти слои на расчетной схеме неоднородной ограждающей конструкции обозначенной 1,2,3. Термическое сопротивление однородных слоев (1,3) определяется по формуле:

,

где δ (м) - толщина слоя;

λ (Вт/(м ·°С)) - коэффициент теплопроводности.

Для определения термического сопротивления второго слоя состоящего из разных материалов с разными площадями по поверхности предварительно определяется средняя величина коэффициента теплопроводности второго слоя по формуле:

Вт/(м²·°С), (2.2)

где - коэффициенты теплопроводности отдельных материалов второго слоя;

- площади по поверхности материалов второго слоя.

Тогда термическое сопротивление второго слоя выполненного из различных материалов равно:

, (2.3)

Термическое сопротивление ограждающей конструкции по второму расчету, т.е. в направлении, перпендикулярном к потоку тепла будет равно:

м²·°С/Вт, (2.4)

R _ll (термическое сопротивление параллельно тепловому потоку) обычно превышает действительную величину термического сопротивления, а (термическое сопротивление перпендикулярно тепловому потоку) получается меньше реальной величины.

Средняя или приведенная величина между первым расчетом (R _ll) и вторым расчетом () определяется по формуле:

м²·°С/Вт, (2.5).

Расчетная величина общего сопротивления ограждения теплопередачи:

м²·°С/Вт, (2.5).

Полученная величина R ₀ должна быть сопоставлена с величиной , т.е. основное условие расчета:

.

Важной особенностью расчета неоднородных конструкций является не только определение термического сопротивления параллельно и перпендикулярно тепловому потоку, но и то, что перед расчетом задается конкретной толщиной утеплителя, определяют приведенное термическое сопротивление конструкции, а в конечном итоге сопротивлением теплопередачи этой конструкции и сравнивают результат с требуемым термическим сопротивлением (большим из двух требуемых). Если полученное сопротивление теплопередаче оказалось меньше требуемой величины, принимают большую конкретную толщину утеплителя, определяют новое значение сопротивление теплопередаче и сравнивают с требуемым. И так до тех пор, пока не будет достигнуто равенство в пределах инженерной ошибки.

ПРИМЕР №2.1

Задание: Рассчитать толщину утеплителя совмещенной кровли

общественного здания в климатических условиях г. Краснодара.

Рисунок 2.2 – Схема конструкции совмещенной кровли (а) и расчетная схема

железобетонной плиты (б).

Климатические характеристики района строительства:

1.Температура наружного воздуха t_H =(-19 °С).

2.Температура внутреннего воздуха t_B =+20 °С.

3.Нормативный температурный перепад Δ t_B =4 °С.

4.Средняя температура наружного воздуха за отопительный период t_от.пер =+1,5 °С.

5. Продолжительность отопительного периода z =152 сут.

Теплотехнические характеристики материалов:

Условия эксплуатации «А»

1.Железобетонная плита:

плотность γ =2500 кг/м³

коэффициент теплопроводности λ =1,92 Вт/(м·°С)

2.Утеплитель – пенобетон:

плотность γ =400 кг/м³

коэффициент теплопроводности λ =0,14 Вт/(м·°С)

3.Выравнивающий слой – цементно-песчаный раствор:

плотность γ =1800 кг/м³

коэффициент теплопроводности λ =0,76 Вт/(м·°С)

РЕШЕНИЕ.

Определяем требуемое сопротивление теплопередаче совмещенного покрытия, исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий.

м²·°С/Вт

Требуемое сопротивление теплопередаче, исходя из условий энергосбережения находим по таблице № 1^Б (СНиП II-3-79*) предварительно определив градусосутки отопительного периода для района строительства.

откуда м²·°С/Вт (найдено с помощью интерполяции)

Сопротивление теплопередаче данной конструкции совмещенного покрытия складывается из сопротивлений теплопередаче всех слоев и сопротивлений теплопереходу.

Термическое сопротивление пароизоляционного и водоизоляционного слоев ввиду их незначительных величин относим в запас.

Для упрощения расчета круглые отверстия – пустоты панели диаметром 159 мм заменяем равновеликими по площади квадратными со сторонами:

м

Термическое сопротивление покрытия в направлении параллельном движению теплового потока вычисляем для двух участков.

Для участка I (два слоя железобетона толщиной 0,04 м с коэффициентом теплопроводности 1,92 Вт/(м²·°С) и воздушная прослойка 0,14 м) термическое сопротивление равно:

м²·°С/Вт,

где 0,15 м²·°С/Вт - термическое сопротивление замкнутой горизонтальной воздушной прослойки при потоке тепла снизу вверх по приложению 4 (3).

Площадь по поверхности I участка равна м².

Для участка II (слой железобетона толщиной 0,22м) термическое сопротивление равно

Площадь по поверхности II участка равна м².

Среднее термическое сопротивление по первому расчету (параллельно тепловому потоку)

м²·°С/Вт.

Расчет конструкции в направлении перпендикулярном тепловому потоку:

Разделим конструкцию плоскостями перпендикулярными тепловому потоку на 3 слоя.

Термическое сопротивление первого и третьего слоев состоящих из железобетона равно:

м²·°С/Вт.

Для определения термического сопротивления второго слоя плиты перекрытия необходимо вычислить среднее значение коэффициента теплопроводности:

,

где - коэффициенты теплопроводности материалов рассматриваемого слоя;

- площади по поверхности участков материалов входящих в рассматриваемый слой.

Конструкция этого слоя состоит из воздушной прослойки толщиной 0,14м и железобетона толщиной 0,045м.

Эквивалентный коэффициент теплопроводности воздушной прослойки равен:

Вт/м·°С.

Средний коэффициент теплопроводности второго участка перпендикулярно тепловому потоку:

Вт/м²·°С.

Среднее термическое сопротивление второго слоя:

м²·°С/Вт.

Термическое сопротивление перекрытия перпендикулярно тепловому потоку равно:

м²·°С/Вт.

Разница между R _ll и составляет , что вполне допустимо.

Приведенное термическое сопротивление многопустотной железобетонной панели равно:

м²·°С/Вт.

Определив приведенное термическое сопротивление многопустотной железобетонной панели мы закончили расчет неоднородной конструкции, которая представляет собой только один элемент совмещенного покрытия. Далее определяют толщину утеплителя, рассматривая совмещенное, как многослойную конструкцию покрытия.

Сопротивления теплопередаче совмещенного покрытия равно:

; ; м.

Таким образом, толщина пенобетона составляет м.

ПРИМЕР №2.2

Задание: Рассчитать толщину утеплителя в кирпичной стене колодцевой

кладки жилого дома в климатических условиях г. Краснодара.

Климатические характеристики района строительства

(взяты по СНКК 23-302-2000):

Рисунок 2.3 - Схема наружной стены

1.Температура наружного воздуха tH =(-19 °С). 2.Температура внутреннего воздуха tB =+20 °С. 3.Нормативный температурный перепад Δ tB =4 °С. 4.Средняя температура наружного воздуха за отопительный период tот.пер =2 °С. 5.Градусосутки отопительного периода -2682

Теплотехнические характеристики материалов:

Условия эксплуатации «А»

1. Кирпич керамический пустотный:

плотность γ =1600 кг/м³

коэффициент теплопроводности λ =0,58 Вт/(м·°С)

2. Утеплитель – пенобетон:

плотность γ =300 кг/м³

коэффициент теплопроводности λ =0,11 Вт/(м·°С)

3. Внутренняя штукатурка – известково-песчаный раствор:

плотность γ =1600 кг/м³

коэффициент теплопроводности λ =0,7 Вт/(м·°С)

РЕШЕНИЕ.

Определяем требуемое сопротивление теплопередаче наружной стены жилого дома, исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий.

м²·°С/Вт

Требуемое сопротивление теплопередаче, исходя из условий энергосбережения находим по таблице № 1^Б (СНиП II-3-79*) предварительно определив градусосутки отопительного периода для района строительства.

Градусосутки по СНКК-23-302-2000 составляют 2682 откуда требуемое сопротивление теплопередаче составляет 2,338 м²·°С/Вт.

Мысленно разделим конструкцию плоскостями параллельными тепловому потоку на участках I,II,III.

Каждый участок представляет собой однородную или многослойную конструкцию.

Определим термическое сопротивление выделенных участков.

м²·°С/Вт;

м²·°С/Вт.

Площади по поверхностям равны:

м²; м²

Термическое сопротивление стены параллельно тепловому потоку:

м²·°С/Вт

На втором этапе расчета мысленно разделим кирпичную стену колодцевой кладки плоскостями перпендикулярными тепловому потоку на участки 1,2,3.

Термическое сопротивление конструкции перпендикулярно тепловому потоку равно:

м²·°С/Вт; м²·°С/Вт;

,

где м²; м²;

м²;

Вт/м²·°С.

м²·°С/Вт;

м²·°С/Вт.

Приведенное термическое сопротивление:

Учитывая что внутренняя поверхность стены должна быть отштукатурена, определим сопротивление теплопередаче стены и сравним с требуемым значением

м²·°С/Вт.

, т.е. конструкция стены указанной толщины не удовлетворяет требованиям по теплозащите.

Увеличиваем толщину утеплителя и соответственно стены, учитывая скачкообразность приращения. Принимаем следующую толщину 640+120=770мм.

Сопротивление теплоотдаче стены параллельно тепловому потоку:

м²·°С/Вт;

м²·°С/Вт.

Среднее значение сопротивления теплоотдаче определяем по формуле:

м²·°С/Вт

Сопротивление теплопередаче стены перпендикулярно тепловому потоку определяем по формуле:

м²·°С/Вт; м²·°С/Вт;

;

Вт/м²·°С.

м²·°С/Вт;

м²·°С/Вт.

Приведенное термическое сопротивление:

Учитывая термическое сопротивление внутренней штукатурки и сопротивления теплопереходу, определим сопротивление теплопередачи конструкции и сравним с требуемым сопротивлением.

,

т.е. стена удовлетворяет предъявляемым требованиям.

3.ТЕПЛОУСТОЙЧИВОСТЬ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ.

(определение толщины утеплителя по летним климатическим условиям)

В районах с среднемесячной температурой июля 21 °C и выше амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности ограждающих конструкций (наружных стен с тепловой инерцией менее 4 и покрытия менее 5) зданий жилых, больничных учреждений, детских садов не должна быть более требуемой амплитуды ,°C, определяемой по формуле

, (3.1)

где t_H -среднемесячная температура наружного воздуха за июль, принимаемая по СНиП 2.01.01-82.

Амплитуду колебаний температуры внутренней поверхности ограждающих конструкций , °C, следует определять по формуле

, (3.2)

где - расчетная амплитуда колебаний температуры наружного воздуха;

- величина затухания расчетной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха в ограждающей конструкции.

Расчетная амплитуда колебаний наружного воздуха определяется по формуле:

, (3.3)

где - максимальная амплитуда суточных колебаний температуры наружного воздуха в июле, принимаемая по СНиП 2.01.01-82 (2);

-коэффициент поглощения солнечной радиации материалом наружной поверхности ограждающей конструкции, принимаемой по приложению 7 (3);

, - соответственно максимальное и среднее значение суммарной солнечной радиации (прямой и рассеянной, принимаемой согласно СНиП 2.01.01-82) для наружных стен – как для вертикальных поверхностей западной ориентации и для покрытий как для горизонтальных поверхностей;

-коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции по летним условиям, определяемым по формуле:

, (3.4)

где - минимальное из средних скоростей ветров по румбам за июль, повторяемость которых составляет 16% и более, принимаемое согласно СНиП 2.01.01-82, но не менее 1 м/сек.

Величина затухания расчетной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха в ограждающей конструкции состоящей из однородных слоев определяется по формуле:

, (3.5)

где e=2,718 - основание натуральных логарифмов;

D - тепловая инерция ограждающих конструкций;

- расчетные коэффициенты теплоусвоения материала отдельных слоев ограждающей конструкции, Вт/(м²·°С) принимаемые по СНиП II-3-79*;

- коэффициенты теплоусвоения наружной поверхности отдельных слоев ограждающей конструкции.

Коэффициент теплоусвоения наружной поверхности слоя Y, Вт/(м²·°С), с тепловой инерцией D ≥ 1 следует принимать равным расчетному коэффициенту теплоусвоения S материала этого слоя по СНиП II-3-79*.

Коэффициент теплоусвоения наружной поверхности слоя Y с тепловой инерцией D < 1 следует определять расчетом, начиная с первого слоя (считая от внутренней поверхности ограждающей конструкции) следующим образом:

а) для первого слоя по формуле

, (3.6)

б) для i -того слоя по формуле

, (3.7)

где - термические сопротивления соответственно первого и

i -того слоев ограждающей конструкции, определено по формуле:

м²·°С/Вт,

где δ - толщина ограждения, м;

λ - коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м·°С).

- расчетные коэффициенты теплоусвоения материалов

соответственно первого и i -того слоев, Вт/(м²·°С) по

СНиП II-3-79* (3);

- коэффициент тепловосприятия по формуле СНиП II-3-79* (3);

- коэффициенты теплоусвоения наружной поверхности соответственно первого, i -того и (i-1) слоев ограждающей конструкции, Вт/(м²·°С).

Тепловая энергия D определяется по формуле:

, (3.8)

где - термические сопротивления отдельных слоев ограждающих конструкций, м²·°С/Вт;

- расчетные коэффициенты теплоусвоения материала отдельных слоев ограждающих конструкций Вт/(м²·°С) СНиП II-3-79* (3);.

ПРИМЕР №3.1

Задание: Проверить теплоустойчивость жилого здания в г. Сочи.

Климатические характеристики района строительства

(взяты по СНКК 23-302-2000):

Рисунок 3.1 - Схема наружной стены

1.Температура внутреннего воздуха tB =+20 °С. 2.Температура наружного воздуха tH5 =(-3 °С) (по наиболее холодной пятидневке). 3.Средняя температура наружного воздуха за отопительный период tот.пер =+6,4 °С. 4.Продолжительность отопительного периода z =72 сут. 5.Градусосутки отопительного периода D =979 Теплотехнические характеристики строительных материалов: Условия эксплуатации «Б» 1.Известково-песчаный раствор: плотность γ =1600 кг/м3 коэффициент теплопроводности λ =0,81 Вт/(м·°С) коэффициент теплоусвоения S =9,76 Вт/(м2·°С) 2.Кирпич: плотность γ =1800 кг/м3 коэффициент теплопроводности λ =0,81 Вт/(м·°С) коэффициент теплоусвоения S =9,20 Вт/(м2·°С) 3.Жесткие минераловатные плиты: плотность γ =300 кг/м3 коэффициент теплопроводности λ =0,09 Вт/(м·°С) коэффициент теплоусвоения S =1,44 Вт/(м2·°С)

РЕШЕНИЕ.

Проверку на теплоустойчивость начинают с толщины удовлетворяющей зимним условиям, поэтому сначала определим толщину утеплителя по зимним условиям.

Требуемое сопротивление теплопередаче по санитарно-гигиеническим условиям равно:

м²·°С/Вт

Требуемое сопротивление теплопередачи, исходя из условий энергосбережения находим по таблице № 1^Б (СНиП II-3-79*) предварительно определив градусосутки отопительного периода для района строительства.

откуда м²·°С/Вт

Определяем толщину утеплителя принятой конструкции стены:

;

;

откуда имеем м.

Принимаем толщину минеральной плиты м.

Расчет на теплоустойчивость:

Определяем тепловую инерцию каждого слоя:

1. Штукатурка

2. Кирпич несущ.

3. Минеральная вата

4. Кирпич фактур.

Тепловая инерция всей стены

Основное условие расчета .

Допустимая амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности ограждающей конструкции определим по формуле:

°С,

где 22,8 – среднемесячная температура июля месяца в г. Сочи.

Расчетная амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности ограждающей конструкции равна: .

Для нахождения необходимых величин определимся значениями входящих в формулы показателей.

;

;

- коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции по летним условиям:

Вт/(м²·°С),

где 1,8м/с – минимальная из средних скоростей ветра в г. Сочи, повторяемость которых составляет 16% и более.

- коэффициент теплоусвоения наружных поверхностей отдельных слоёв ограждающей конструкции

первый слой .

Так как массивность 2,3,4 слоёв больше единицы м²·°С, то принимаем Вт/(м²·°С), Вт/(м²·°С),

Вт/(м²·°С).

- коэффициент поглощения солнечной радиации кирпичной облицовкой (приложение 7 СНиП II-3-79*)

- максимальная амплитуда суточных колебаний температуры наружного воздуха в июле месяце в г. Сочи °С (СНиП II-3-79*).

- максимальное значение суммарной солнечной радиации для вертикальных стен западной ориентации Вт/м²;

- среднесуточное количество солнечной радиации Вт/м².

Расчетная амплитуда температуры наружного воздуха равна:

°С

Величины затухания расчетной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха в ограждающей конструкции:

;

при допустимой 2,32 °С.

Таким образом, сопротивление теплопередаче наружной стены, а следовательно толщины отдельных материалов, продиктованные холодным периодом года, удовлетворяет и летние условия района строительства.

4.ВЛАЖНОСТНЫЙ РЕЖИМ НАРУЖНЫХ ОГРАЖДЕНИЙ.

Влажностный режим ограждения оказывается тесно связан с его теплотехническим режимом.

- повышенная влажность материала в ограждении (если она не учтена при теплотехническом расчете ограждения) делает неверными теплотехнические расчеты его и приводит к применению в строительстве неудовлетворительных в теплотехническом отношении ограждений;

- влажностный режим ограждения имеет и еще чрезвычайно большее санитарно-гигиеническое значение, т.к. высокая влажность внутренней поверхности обуславливает появление на ней плесеней, грибов, т.е. делает состояние ограждаемого помещения антисанитарным;

- кроме теплотехнического и санитарно-гигиенического значения влажностный режим ограждения имеет большое техническое значение как обуславливающий долговечность ограждения.

Причины появления влаги в ограждениях:

1. Строительная влага, т.е. влага, которая вносится в ограждение при его возведении. Количество влаги зависит от конструкции ограждения и от способа производства работ (кирпичная кладка, мокрая штукатурка). Перед сдачей здания в эксплуатацию внесенная в ограждение строительная влага должна быть удалена, что обеспечит нормальный теплотехнический и влажностный режим ограждению.
2. Грунтовая вода, влага, т.е. та влага, которая может проникнуть в ограждение из грунта вследствие капиллярного всасывания ее материалом ограждения.
3. Метеорологическая влага, т.е. та влага, которая может проникнуть в ограждение в связи с выпадением атмосферных осадков (дождь, снег).
4. Гигроскопическая влага, т.е. та влага, которая находится в ограждении вследствие гигроскопичности его материалов. Гигроскопичность есть свойство материала поглощать (сорбировать) влагу из воздуха.
5. Конденсационная влага. Процесс конденсации влаги из воздуха тесно связан с теплотехническим режимом ограждения. Влага из воздуха может конденсироваться как на внутренней поверхности ограждения, так и в его толщи.

Влажность воздуха.

Атмосферный воздух содержит в себе всегда некоторое количество влаги в виде водяного пара, что и обуславливает его влажность.

Количество влаги в граммах содержащееся в одном метре воздуха, выражает его абсолютную влажность.

Чем больше будет абсолютная влажность воздуха, тем больше будет и упругость содержащегося в нем водяного пара при одинаковой температуре и барометрическом давлении воздуха. Упругость водяного пара в воздухе обозначается буквой “ e ” мм рт. ст.

Упругость водяного пара при данной температуре и давлении не может увеличиваться беспредельно за счет поступления извне и имеет определенное максимальное значение, выше которого упругость водяного пара не может быть повышена. Эта максимальная величина упругости пара обозначается буквой “ E ” мм рт. ст. Максимальная упругость водяного пара соответствует максимальному возможному насыщению воздуха водяным паром “ f ^max ”. Чем выше будет температура воздуха, тем больше будет значение E, т.е. тем больше предельное количество влаги “ f ^max ” может содержаться в воздухе.

Относительная влажность воздуха “ φ ” выражается в процентах как отношение действительной упругости водяного пара в воздухе “ e ” к максимальной упругости его “ E ”, соответствующей данной температуре, следовательно

(4.1)

Если воздух данной влажности повысит свою температуру, то его относительная влажность φ понизится, т.к. величина e остается без изменения, а E увеличится с повышением температуры. При охлаждении воздуха относительная влажность повысится. При некоторой температуре, когда E станет равно e воздух получит относительную влажность φ=100%, т.е. достигнет полного насыщения водяным паром. Эта температура называется температурой точки росы. Если продолжать охлаждение воздуха ниже точки росы, то упругость водяного пара содержащегося в нем будет понижаться соответственно значениям E для данной температуры и излишне количество влаги будет конденсироваться, т.е. превращаться в капельно-жидкое состояние, образуя туман.

Порядок определения точки росы.

ПРИМЕР №4.1

Определить точку росы для воздуха, имеющего температуру t°=+20 при относительной влажности его φ=70%.

В таблице максимальной упругости водяного пара E находим, что при t°=+20 E=17,54 мм рт.ст. Так как относительная влажность воздуха φ=70%, то действительная упругость водяного пара в воздухе e будет составлять только 70% от E, т.е. е=17,54×0,7=12,28 мм рт.ст. Та температура для которой 12,28 мм рт.ст. будет соответствовать максимальной упругости водяного пара и будет точкой росы t_р. По той же таблице находим, что при t°=14,4°С; E=12,30 мм рт.ст, следовательно эта температура и есть точка росы для данной влажности воздуха, т.е. t_р=14,4°С.

Если при той же температуре относительная влажность будет φ=55%, то получим t°=20°С; E=17,54 мм рт.ст. е=17,54×0,55=9,65 мм рт.ст и по табл. найдем, что t_р=+10,7°С следовательно с уменьшением относительной влажности воздуха понижается его точка росы.

ПРИМЕР №4.2

При температуре +20°С воздух имеет относительную влажность φ=60%. Как изменится относительная влажность воздуха при:

а) повышении температуры воздуха до +22°С;

б) понижении его температуры до +15°С.

При t°=20°С E=17,54 мм рт.ст., отсюда упругость водяного пара е=17,54×0,6=10,52 мм рт.ст:

а) При повышении температуры воздуха до +22°С найдем по таблице E=19,83 мм рт.ст, упругость же водяного пара е=10,52 мм рт.ст осталась без изменения, следовательно по формуле

найдем ;

б) при понижении температуры до +15°С получим E=12,79 мм рт.ст.

Точка росы во всех случаях будет одна и та же.

ПРИМЕР №4.3

Определить предельную допускаемую влажность воздуха в помещении жилого дома в г. Краснодаре при t_В=+20°С и t_Н=(-19°С). Температуре внутреннего воздуха 20°С по таблице максимальной упругости водяного пара E=17,54 мм рт.ст. Термическое сопротивление стены 2,38 м²·°С/Вт (из условий энергосбережения).

Температура внутренней поверхности ограждений:

,

при которой E=15,67 мм рт.ст.,

откуда предельная допускаемая влажность:

Если термическое сопротивление найдено, исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий R₀=1,206 м²·°С/Вт, температура внутренней поверхности ограждения:

,

при которой E=13,9 мм рт.ст., откуда

Необходимо помнить, что температура на внутренней поверхности угла и на теплопроводных включениях будет значительно ниже, что потребует снижения предельной допускаемой влажности в сравнении с ровной гладкой поверхностью удаленной от углов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Строительная теплофизика – прикладная наука. Усвоение этой дисциплины позволяет на стадии проектирования правильно определять уровень теплозащиты зданий на зимние и летние климатические условия. Правильное расположение слоев материалов в многослойных конструкциях позволяет обеспечить нормальный температурно-влажностный режим. Знание этой дисциплины позволит правильно решать вопросы температурно-влажностного режима при реконструкции старых зданий, построенных до повышения требований к уровню теплозащиты.

Приложение 1. Значения показателей функции e^m для использования при расчетах охлаждения ограждений и затухания температурных колебаний в толще конструкции.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: