Проектирование теплоизоляционной оболочки зданий по теплотехническим показателям ее элементов

Задание 1.

Рисунок 1.1 — Схема конструкции слоев стены.

• 1 — известково-песчаный раствор (штукатурка);
• 2 — керамзитобетон и керамзит на песке.

Для определения, требуемого сопротивления теплопередаче, не обходимо определить температурную зону строительства по [1]. Для Днепропетровска — I температурная зона. По [1] определим минимально допустимое значение сопротивления теплопередачи ограждающей конструкции (наружной стены) для I зоны строительства: Rq min = 3,3.

Для определения теплофизических характеристик строительных материалов по прил. Г, [1] определим для температуры внутреннего воздуха.

tB = 20+2=22 ?C и относительной влажности ц = 55% влажностный режим. Влажностный режим является нормальным, с учетом этого по прил. К, [1] выбираем влажностные условия эксплуатации материала в ограждающих конструкциях — Б.

По прил. Л, [1] определим значения теплофизических характеристик.

Таблица 1.1 — Теплотехнические показатели конструкционных материалов.

Термическое сопротивление рассчитываемой стены определяется по:

(1.1).

где — коэффициент тепловосприятия внутренней поверхностью стены, принимается по прил. Е [1];

— коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стены, принимается по прил. Е [1].

Из формулы (1.1) выразим и найдем толщину конструктивного слоя из ячеистого бетона:

Принимаем основной слой стены из керамзитобетона на кварцевом песке с поризацией толщиной 1,35 м. (кратно — 0,45).

Определим действительное термическое сопротивление стены принятой конструкции по формуле (1.1):

RД? Rq min (RД=3,47 > Rqmin=3,3) — выбранная конструкция стены отвечает теплотехническим требованиям, что позволяет обеспечить заданный температурный режим в помещении. Схема конструкции слоев стены указана на рис. 1.1.

Задание 1.1.

Уменьшить толщину материала, следовательно, расход материала основного конструктивного слоя стены можно за счет применения воздушной прослойки, теплоизоляционного или облицовочного слоя. В качестве теплоизоляционного слоя применяем плиты из минеральной ваты гофрированной структуры. Толщину ячеистого бетона уменьшаем до 0,4 м.

• 1 — известково-песчаный раствор;
• 2 — керамзитобетон и керамзит на песке;
• 3 — изделия из жесткого полиуретана.

Таблица 1.2 — Теплотехнические показатели материалов стены с теплоизоляцией

Выразим и определим толщину теплоизоляционного слоя из (1.1):

По формуле (1.1) определим действительное термическое сопротивление стены с теплоизоляцией:

Условие выполняется. RД? Rq min (RД=3,3? Rqmin=3,3) — выбранная конструкция стены отвечает теплотехническим требованиям. Принимаем данную теплоизоляцию толщиной 7 см.

Задание 2

Рисунок 2.1 — Схема конструкции слоев совмещенного перекрытия.

• 1 — 3-х слойное рубероидное покрытие;
• 2 — штукатурка (цементно-песчаная);
• 3 — плиты пенополистирольные экструзионные;
• 4 — железобетонная плита.

Для выполнения расчета совмещенного покрытия, определим в соответствии с температурной зоной строительства — I, минимальное допустимое значение сопротивления теплопередачи по [1] Rq min = 5,35.

По прил. Л [1], определим значения расчетных теплофизических характеристик.

Таблица 2.1 — Теплотехнические показатели материалов покрытия

Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности бН = 23 принимаем по прил. Е [1].

Определим толщину теплоизоляционного слоя:

По формуле (1.1) определим действительное термическое сопротивление совмещенного перекрытия данной конструкции:

Проверка условия: RД? Rq min (RД=5,4 > Rqmin=5,35) — выбранная конструкция совмещенного покрытия отвечает теплотехническим требованиям.

Задание 3

Рисунок 3.1 — Схема конструкции слоев перекрытия над подвалом.

• 1 — железобетонная плита;
• 2 — материал из стеклянного штабельного волокна, получаемого вертикальным наддувом;
• 3 — штукатурка (цементно-пещаная);
• 4 — паркет (дуб, поперек волокон).

Для выполнения теплотехнического расчета перекрытия над подвалом без окон, определим в соответствии с температурной зоной строительства — I зона, минимально допустимое значение сопротивления теплопередачи по табл.1 [1] Rq min = 3,75 .

Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности бН = 8,7 принимаем по прил. Е [1].

По прил. Л [1], определим значения расчетных теплофизических характеристик.

Таблица 3.1 — Теплотехнические показатели материалов перекрытия над подвалом с окнами

Определим толщину теплоизоляционного слоя:

По формуле (1.1) определим действительное термическое сопротивление перекрытия над подвалом с окнами данной конструкции:

Условие выполняется. RД? Rq min (RД=3,75? Rqmin=3,75) — выбранная конструкция перекрытия над подвалом отвечает теплотехническим требованиям, что позволяет обеспечить заданный температурный режим в помещении.

Задание 4

Рисунок 4.1 — Схема остекления.

По заданию помещение имеет окно размерами b Ч h = 1,5 Ч 1,5 м.

Приведенное сопротивление теплопередачи светопрозрачных ограждающих конструкций рассчитывается по формуле:

(4.1).

где RУСП — приведенное сопротивление теплопередачи светопрозрачной части табл. М1 [1];

FСП — площадь светопрозрачной части, м2;

RУiНП — приведенное сопротивление теплопередачи непрозрачного элемента;

FНП — площадь непрозрачного элемента, м2;

Для I температурной зоны строительства, минимально допустимое значение сопротивления теплопередачи Rq min = 0,75, табл.1 [1].

По табл. М1 [1], по допустимому значению сопротивления теплопередачи принимаем следующий вариант стекления: однокамерное 4М1−16−4i, с газовым составом среды камеры стеклопакета — криптон 100%, порядок стекления от внешней поверхности; М1 — листовое стандартное стекло; і - энергосберегающее с мягким покрытием.

Для данного варианта стекления RСП = 0,75 .

Площадь окна составляет:

Площадь окна складывается из площади светопрозрачных элементов FСП и площади непрозрачных элементов Fi.

Площадь непрозрачного элемента:

Площадь светопрозрачного элемента:

Сопротивления теплопередачи непрозрачного элемента выбирается в пределах RНП = 0,59; 0,60; 0,61; 0,63; 0,68; 0,7, принимаем RНП=0,70.

По формуле (4.1) рассчитаем приведенное сопротивление теплопередачи светопрозрачных ограждающих конструкций:

(RПР = 0,75)? (Rq min = 0,75) — требование выполняется, разница между расчетным значением сопротивления теплопередачи и минимально допустимым не превышает 3%. Схема остекления изображена на рис. 4.1.

Определим температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и приведенной температурой внутренней поверхности светопроницаемой конструкции, в зависимости от коэффициента остекления.

Коэффициент остекления определим в зависимости от отношения площади окон к площади стены, по заданию, размер помещения.

по осям 4,5 Ч 6,5, высота этажа h = 2,45 м: .

Так как коэффициент остекления больше 0,23 — температурный перепад при условии? tпр? ?tсг рассчитывается по формуле M.4 [1]:

(4.2).

где ?tпр — допустимая по санитарно-гигиеническим нормам разница между температурой внутреннего воздуха и приведенной температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, ?С;

— приведенная температура внутренней поверхности непрозрачной части ограждающей конструкции? С;

FH — площадь непрозрачной части ограждающей конструкции, м2;

FСП — площадь светопрозрачной части ограждающей конструкции, м2;

— приведенная температура внутренней поверхности светопрозрачной части ограждающей конструкции, ?С, определяется по формуле М.5 [1]:

(4.3).

где — средняя температура внутренней поверхности светопрозрачного элемента, ?С;

— средняя температура внутренней поверхности непрозрачного элемента окна, ?С;

FСП — площадь светопрозначного элемента, м2;

FНП — площадь непрозрачного элемента, м2.

Определим температуры на поверхностях светопрозрачного и непрозрачного элементов окна и стены:

(4.4).

Для светопрозрачной части:

?С Для непрозрачного элемента:

?С Для внутренней поверхности непрозрачной части ограждающей конструкции:

?С Приведенная температура внутренней поверхности окна:

?С Температурный перепад:

?С.

Проверка соблюдения требований по воздухопроницаемости наружной стены для отапливаемых зданий является обязательной [1]:

Rg? Rgн, (4.5).

где Rg — сопротивление воздухопроницаемости ограждающей конструкции, ;

Rgн — необходимое сопротивление воздухопроницаемости, .

Для непрозрачных ограждающих конструкций необходимое сопротивление воздухопроницаемости рассчитывается по формуле 13 [1]:

(4.6).

где ?Р — расчетная разница давлений, Па, определяется по прил. Т [1];

GH — допустимая воздухопроницаемость ограждающих конструкций, табл.7 [1].

Расчетная разница давлений определяется по формуле:

Па (4.7).

где Н = 8,6 м — высота здания (от уровня пола первого этажа, до верха вытяжной шахты), м;

hi = 4,4 м — высота от уровня пола первого этажа, до середины ограждающей конструкции, для которого проводится расчет, м;

гН — удельный вес наружного воздуха:

;

гВ — удельный вес внутреннего воздуха:

;

v — максимальная из средних скоростей ветра за январь по румбам, м/с, прил. 4 [2];

вv — коэффициент, учитывающий изменение скорости ветра по высоте здания, табл.Т.1 [1].

Для Днепропетровска v = 5,5 м/c.

Так как высота здания hi < 5 м, то вv = 0,5.

По формуле (4.7) определим разницу давлений:

Па Для светопроницаемых ограждающих конструкций требуемое сопротивление воздухопроницаемости определяется по формуле:

Rg н =. (4,8).

где Др0 = 10 Па — разность давлений, при которой определяется массовая воздухопроницаемость светопроницаемых конструкции во время испытаний в соответствии с ДСТУ Б В. 2.6−18.

м 3ч/кг По формуле (4.6) для непрозрачных ограждающих конструкций определим необходимое сопротивление воздухопроницаемости:

Сопротивление воздухопроницаемости непрозрачных ограждающих конструкций рассчитывается по формуле:

(4.9).

— Керамзитобетон:

Rg = 21 ;

— Известково-песчаный раствор:

Rg = 142 ;

По формуле (4.9) сопротивление воздухопроницаемости непрозрачных ограждающих конструкций равняется:

Условие Rg? Rgн выполняется (Rg=163 > Rgн=29,29) выбранная конструкция стены удовлетворяет теплотехническим требованиям по воздухопроницаемости.

Задание 5

Аналитический метод определения температуры в толще ограждения стены, совмещенного покрытия и перекрытия над подвалом.

I. Стена Температуры на поверхности ограждающей конструкции и в толще определяется по формуле (4.4), для которой температура наружного воздуха tH = - 22? C определенная для наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по [2] для Днепропетровска.

Таблица 5.1 — Теплотехнические показатели строительных материалов конструктивных слоев стены.

?С;

?С;

?С;

?С Схема распределения температуры представлена на рис. 5.1.

Графический метод определения температуры в толще ограждения стены.

Определение погрешности между аналитическим и графическим способами определения температуры в толще ограждения:

Таблица 5.4 — Погрешность между способами определения температуры в толще слоев стены.

Рисунок 5.1 — Схема распределения температуры в толще стены

II. Совмещенное покрытие Таблица 5.2 — Теплотехнические показатели строительных материалов конструктивных слоев совмещенного покрытия.

Температуры на поверхности ограждающей конструкции и в толще определяется по формуле (4.4):

?С;

?С;

?С;

?С;

?С Схема распределения температуры в толще совмещенного покрытия представлена на рис. 5.2.

II. Совмещенное покрытие.

Определение погрешности между аналитическим и графическим способами определения температуры в толще ограждения:

Таблица 5.5 — Погрешность между способами определения температуры в толще слоев совмещенного покрытия

Рисунок 5.2 — Схема распределения температуры в толще совмещенного покрытия

III. Перекрытие над подвалом Таблица 5.3 — Теплотехнические показатели строительных материалов конструктивных слоев перекрытия.

Температуры на поверхности ограждающей конструкции и в толще определяется по формуле (4.4):

?С;

?С;

?С;

?С;

?С Схема распределения температуры в толще перекрытия представлена на рис. 5.3.

Определение погрешности между аналитическим и графическим способами определения температуры в толще ограждения:

Таблица 5.6 — Погрешность между способами определения температуры в толще слоев перекрытия.

Рисунок 5.3 — Схема распределения температуры в толще перекрытия над подвалом

Проверка соблюдения обязательного условия по требованиям п. 2 [1]:

?tПР? ?tСГ, (5.1).

где ?tПР — температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и приведенной температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, ?С;

?tСГ — допустимая по санитарно-гигиеническим требованиям разница между температурой внутреннего воздуха и приведенной температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, ?С;

Для стены:

?tПР = tB — фB = 22 — 20,38 = 1,65 ?С? ?tСГ = 4? С — условие выполняется Для совмещенного покрытия:

?tПР = tB — фB = 22 — 21,06 = 0,94 ?С? ?tСГ = 3? С — условие выполняется Для перекрытия над подвалом:

?tПР = tB — фB = 22 — 20,65= 1,35 ?С? ?tСГ = 2? С — условие выполняется Все требуемые условия выполнены.