Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Методические указания
по выполнению теплотехнического расчета ограждений
в курсовом и дипломном проектировании
для студентов направления 550100 " Строительство"
Теплотехнический расчет ограждающих конструкций
Составитель И.В. Захарова
Рекомендованы к печати
методической комиссией
направления 550100
Протокол № 8 от 16.12.01
Кемерово 2002
Введение
Теплотехнический расчет толщины ограждающей конструкции является обязательным разделом при выполнении любого курсового проекта по архитектуре, а также архитектурно-конструктивной части выпускной работы и дипломного проекта для студентов направления 550100 «Строительство».
До 1995 года эти расчеты выполнялись по СНиП II-3-79** «Строительная теплотехника», в котором использовалась методика, разработанная еще в 1950-е годы.
В последние годы в нашей стране особенно остро встала проблема экономии топливно-энергетических ресурсов. В связи с этим возросли требования к эффективности строительных материалов и конструкций, позволяющих обеспечить более высокое сопротивление теплопередаче и, соответственно, меньшие затраты на отопление. Возникла необходимость в изменении методики расчета толщины ограждающих конструкций. В 1995 году издается новый СНиП II-3-79* «Строительная теплотехника», в котором требуемое сопротивление теплопередаче для ограждений возросло в несколько раз.
При таких высоких теплотехнических требованиях использование традиционных однослойных ограждений (кирпич, керамзитобетон) становится невозможным, поскольку толщина стены должна достигать более метра. Стало необходимым широкое применение многослойных ограждений с эффективными утеплителями, а также новых строительных материалов, обладающих низкими коэффициентами теплопроводности.
В 2000 году взамен СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика» был введен в действие новый СНиП 23-01-99 «Строительная климатология», в котором изменены значения расчетных температур наружного воздуха.
При выполнении расчетов студенты сталкиваются с трудностями из-за недостатка новых СНиПов и методических разработок, поскольку в существующих учебниках, пособиях и справочниках изложена старая методика теплотехнического расчета. С другой стороны, в последние годы в строительстве начал использоваться целый ряд новых эффективных строительных материалов, теплотехнические характеристики которых еще не включены в СНиП II-3-79*, что тоже вызывает трудности при выполнении расчетов в курсовом и дипломном проектировании. Настоящее методическое пособие имеет целью заполнить существующие пробелы и помочь студентам в выполнении расчетов толщины ограждающих конструкций.
1. Строительная теплотехника. Основные понятия и величины
При выполнении расчета необходимо понимать физический смысл ряда понятий и величин, используемых в строительной теплотехнике.
1.1 Плотность строительных материалов
γ, кг/м3 - отношение массы строительного материала (P, кг) к его объему (V, м3):
. (1)
Плотность строительных материалов колеблется в очень широких пределах, от 25-30 кг/м3 у материалов из пористых пластмасс (пенополистирол, пенополиуретан) до 2800-3000 кг/м3 у гранита и мрамора.
1.2 Теплопроводность строительных материалов
Характеризуется коэффициентом теплопроводности λ, Вт/м· оС, выражающим количество тепла, проходящего через 1 м2 ограждения при его толщине 1 метр и при разности температур на внутренней и наружной поверхности ограждения 1 оС.
На коэффициент теплопроводности материала влияют следующие свойства материала.
Плотность (пористость): чем больше в материале замкнутых пор, тем меньше коэффициент теплопроводности, поскольку любого плотного материала не менее чем в 100 раз превышает воздуха.
Химико-минералогический состав. Любой строительный материал имеет в своем составе кристаллические и аморфные вещества в различных соотношениях. Чем выше процент кристаллических веществ, тем больше коэффициент теплопроводности.
Собственная температура материала. Чем она выше, тем большей теплопроводностью обладает конструкция.
Влажность материала. При увлажнении конструкции в поры, заполненные воздухом, попадает вода, коэффициент теплопроводности которой выше, чем у воздуха, приблизительно в 20 раз. Поэтому теплопроводность материала резко возрастает, возникает опасность промерзания ограждающей конструкции. При промерзании конструкции вода, находящаяся в порах, превращается в лёд, коэффициент теплопроводности которого выше, чем у воды, еще в 4 раза. Поэтому так важно не допускать переувлажнения ограждающих конструкций.
Наибольшим коэффициентом теплопроводности обладают металлы: сталь - 50 Вт/м·оС, алюминий - 190 Вт/м·оС, медь - 330 Вт/м·оС. Наименьший коэффициент теплопроводности у эффективных утеплителей, пенополистирола и пенополиуретана: 0,03-0,04 Вт/м·оС.
1.3 Термическое сопротивление (сопротивление теплопередаче)
R, м2·оС /Вт, - важнейшее теплотехническое свойство ограждения. Оно характеризуется разностью температур внутренней и наружной поверхности ограждения, через 1 м2 которого проходит 1 ватт тепловой энергии (1 килокалория в час).
, (2)
где δ - толщина ограждения, м;
λ - коэффициент теплопроводности, Вт/м·оС.
Чем больше термическое сопротивление ограждающей конструкции, тем лучше её теплозащитные свойства. Из формулы (2) видно, что для увеличения термического сопротивления R необходимо либо увеличить толщину ограждения δ, либо уменьшить коэффициент теплопроводности λ, то есть использовать более эффективные материалы. Последнее более выгодно из экономических соображений.
2. Теплопередача в однородном ограждении при установившемся потоке тепла
Представим себе условную ограждающую конструкцию, состоящую из однородного материала, через которую в холодное время года проходит постоянный тепловой поток. В этом случае график распределения температуры внутри ограждения выглядит следующим образом (рис. 1).
Рис. 1. Распределение температур в однородной ограждающей конструкции при постоянном тепловом потоке
При передаче тепла через ограждающую конструкцию происходит падение температуры от tв до tн. При этом общий температурный перепад tв- tн состоит из суммы трех температурных перепадов:
температурный перепад tв-τв возникает из-за того, что температура внутренней поверхности ограждения τв всегда на несколько градусов ниже, чем температура воздуха в помещении tв;
τв-τн - температурный перепад в пределах толщины ограждающей конструкции;
τн-tн - температурный перепад, возникающий вследствие того, что температура наружной поверхности ограждения τн несколько выше температуры наружного воздуха tн.
Каждый из этих температурных перепадов вызван конкретным сопротивлением переносу тепла:
перепад tв-τв - сопротивлением тепловосприятию внутренней поверхности ограждения Rв;
перепад τв-τн - термическим сопротивлением конструкции Rк;
перепад τн-tн - сопротивлением теплоотдаче наружной поверхности ограждения Rн.
Сопротивления тепловосприятию и теплоотдаче иногда называют сопротивлениями теплообмену; они имеют такую же размерность, как и термическое сопротивление, т. е. м2· оС/Вт.
Общее (приведенное) термическое сопротивление однослойной ограждающей конструкции Ro, м2· оС/Вт, равно сумме всех отдельных сопротивлений, т. е.
, (3)
где αв - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м2·оС), определяемый по табл. 4* [1], см. также табл. 5 настоящего пособия;
αн - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м2·оС), определяемый по табл. 6* [1], см. также табл. 6 настоящего пособия;
Rк - термическое сопротивление однослойной конструкции, определяемое по формуле (2).
3. Термическое сопротивление многослойной конструкции
Однослойные ограждающие конструкции в строительстве практически не применяются. Например, кирпичная стена должна иметь хотя бы внутренний штукатурный слой из цементно-песчаного раствора, к тому же в связи с возросшими теплотехническими требованиями в конструкцию стены обязательно вводится слой эффективного утеплителя. Конструкции, состоящие из нескольких слоев разнородных материалов, называют многослойными. Многослойные конструкции могут быть двух основных типов:
многослойные конструкции с последовательно расположенными однородными слоями (например, трёхслойная железобетонная панель на гибких связях с эффективным утеплителем);
неоднородные многослойные ограждающие конструкции (например, каменная стена облегченной кладки с теплоизоляционным слоем и кирпичными ребрами жесткости).
В курсовом проектировании достаточно уметь выполнять расчет для первого типа конструкций. Расчет конструкций второго типа более трудоемок и, в случае необходимости, может быть выполнен по СНиП II-3-79*.
Термическое сопротивление Rк, м2·оС/Вт, многослойной конструкции с последовательно расположенными однородными слоями равно сумме термических сопротивлений всех ее слоев.
Rк = R1 + R2 +…+ Rn+ Rвп , (4)
где n - количество слоёв в многослойной конструкции;
R1, R2,…Rn - термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, м2·оС/Вт, определяемые по формуле (2);
Rвп - термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки (если она есть), принимаемое по прил. 4 [1] (см. табл. 1).
Таблица 1. Термическое сопротивление замкнутых воздушных прослоек (по прил. 4 СНиП II-3-79*)
|
Толщина |
Термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки Rвп, м2· оС/Вт |
|||
|
воздушной прослойки, |
горизонтальной при потоке тепла снизу вверх и вертикальной |
горизонтальной при потоке тепла сверху вниз |
||
|
м |
при температуре воздуха в прослойке |
|||
|
положительной |
отрицательной |
положительной |
отрицательной |
|
|
0,01 |
0,13 |
0,15 |
0,14 |
0,15 |
|
0,02 |
0,14 |
0,15 |
0,15 |
0,19 |
|
0,03 |
0,14 |
0,16 |
0,16 |
0,21 |
|
0,05 |
0,14 |
0,17 |
0,17 |
0,22 |
|
0.1 |
0,15 |
0,18 |
0,18 |
0,23 |
|
0,15 |
0,15 |
0,18 |
0,19 |
0,24 |
|
0,2-0,3 |
0,15 |
0,19 |
0,19 |
0,24 |
4. Требуемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций
Общее сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций Ro следует принимать не менее требуемого сопротивление теплопередаче Rотр, т.е. должно выполняться неравенство
Ro = Rотр.
Rотр определяется:
из санитарно-гигиенических и комфортных условий по формуле (5);
из условий энергосбережения по формуле (5а).
Из санитарно-гигиенических и комфортных условий Rотр определяется только для следующих видов зданий:
зданий с влажным или мокрым режимом;
зданий, предназначенных для сезонной эксплуатации (осенью или весной);
зданий с расчетной температурой внутреннего воздуха 12 оС и ниже;
для внутренних стен, перегородок и перекрытий между помещениями при разности расчетных температур воздуха в этих помещениях более 6 оС .
В этом случае требуемое сопротивление теплопередаче определяется по формуле
, (5)
где n - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху по табл. 3* [1], см. также табл.4 настоящего пособия;
tв - расчетная температура внутреннего воздуха, оС, принимаемая согласно ГОСТ 12.1.005-88 и нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений (см. также прил. 2);
tн - расчетная зимняя температура наружного воздуха, оС, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по СНиП 23-01-99 (см. прил. 1);
Δtн - нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, оС, принимаемый по табл. 2*[1], см. также табл. 3 настоящего пособия;
αв - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаемый по табл. 4*[1], см. также табл. 5.
Из условий энергосбережения Rотр принимается для всех остальных видов зданий по табл. 2 в зависимости от градусо-суток отопительного периода (ГСОП), определяемых по формуле
ГСОП=(tв- tот.пер.) zот.пер., (5а)
где tв - то же, что в формуле (5);
tот.пер.- средняя температура, оС, отопительного периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8 оС по СНиП 23-01-99 (см. также прил. 1);
zот.пер.- продолжительность, сут, отопительного периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8 оС по СНиП 23-01-99 (см. прил. 1).
Таблица 2. Требуемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций в зависимости от градусо-суток отопительного периода (по табл. 1б СНиП II-3-79*)
|
Здания и помещения |
Градусо-сутки |
Требуемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций Rотр, м2·оС/Вт |
||
|
отопительного периода |
стен |
покрытий и перекрытий над проездами |
перекрытий чердачных, над холодными подпольями и подвалами |
|
|
Жилые, лечебно-профилактические и детские учреждения, школы, интернаты |
2000 4000 6000 8000 10 000 12 000 |
2,1 2.8 3,5 4,2 4,9 5,6 |
3,2 4,2 5,2 6,2 7,2 8,2 |
2,8 3,7 4,6 5,5 6,4 7,3 |
|
Общественные, кроме указанных выше, административные и бытовые, за исключением помещений с влажным или мокрым режимом |
2000 4000 6000 8000 10 000 12 000 |
1,6 2,4 3,0 3,6 4,2 4,8 |
2,4 3,2 4,0 4,8 5,6 6,4 |
2,0 2,7 3,4 4,1 4,8 5,5 |
|
Производственные с сухим или нормальным режимом |
2000 4000 6000 8000 10 000 12 000 |
1,4 1,8 2,2 2,6 3,0 3,4 |
2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 |
1,4 1,8 2,2 2,6 3,0 3,4 |
|
Примечание. Промежуточные значения Rотр следует определять интерполяцией. |
Таблица 3
|
Нормируемый температурный перепад Δ tн, оС, для |
|
Здания и помещения |
наружных стен |
покрытий и чердачных перекрытий |
перекрытий над проездами, подвалами и подпольями |
|
|
1. |
Жилые, лечебно-профилактические и детские учреждения, школы |
4,0 |
3,0 |
2,0 |
|
2. |
Общественные, кроме указанных в п.1, административные и бытовые, за исключением помещений с влажным или мокрым режимом |
4,5 |
4,0 |
2,5 |
|
3. |
Производственные с сухим и нормальным режимом |
tв - tр, но не более 7 |
0,8(tв - tр), но не более 6 |
2,5 |
|
4. |
Производственные и другие помещения с влажным или мокрым режимом |
(tв - tр) |
0,8(tв - tр) |
|
|
Обозначения, принятые в табл. 2: |
||||
|
tв tн |
- то же, что в формуле (5); - температура точки росы, оС, при расчетной температуре и относительной влажности внутреннего воздуха, принимаемым по прил. 2 (см. раздел 6). |
Таблица 4
|
Ограждающие конструкции |
Коэффициент n |
|
|
1. |
Наружные стены и покрытия (в том числе вентилируемые наружным воздухом), перекрытия чердачные (с кровлей из штучных материалов) и над проездами; перекрытия над холодными подпольями в Северной строительно-климатической зоне |
1 |
|
2. |
Перекрытия над холодными подвалами; перекрытия чердачные (с кровлей из рулонных материалов); перекрытия над холодными этажами в Северной строительно-климатической зоне |
0,9 |
|
3. |
Перекрытия над неотапливаемыми подвалами со световыми проемами |
0,75 |
|
4. |
Перекрытия над неотапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенные выше уровня земли |
0,6 |
|
5. |
Перекрытия над неотапливаемыми техническими подпольями, расположенными ниже уровня земли |
0,4 |
Таблица 5
|
Внутренняя поверхность ограждающих конструкций |
Коэффициент теплоотдачи αв, Вт/(м2· оС) |
1. Стен, полов, гладких потолков с выступающими ребрами при отношении высоты ребер к расстоянию между гранями соседних ребер
|
8,7 |
||
|
2. |
Потолков с выступающими ребрами при отношении 7,6 |
|
|
3. |
Зенитных фонарей |
9,9 |
Таблица 6
|
Наружная поверхность ограждающих конструкций |
Коэффициент теплоотдачи для зимних условий αн , Вт/(м2· оС) |
|
|
1. |
Наружных стен, покрытий, перекрытий над проездами и над холодными подпольями в Северной строительно-климатической зоне |
23 |
|
2. |
Перекрытий над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом; перекрытий над холодными этажами в Северной строительно-климатической зоне |
17 |
|
3. |
Перекрытий чердачных и над неотапливаемыми подвалами со световыми проемами в стенах, а также наружных стен с воздушной прослойкой, вентилируемой наружным воздухом |
12 |
|
4. |
Перекрытий над неотапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенных выше уровня земли, и над неотапливаемыми техническими подпольями, расположенными ниже уровня земли |
6 |
5. Примеры выполнения теплотехнического расчета
Прежде всего, необходимо выбрать конструкцию наружного ограждения в соответствии с заданием на проектирование. Рекомендуемые конструкции наружных стен и покрытий из условий энергосбережения даны в прил. 3 и 4 настоящего методического пособия.
При расчете многослойной ограждающей конструкции необходимо выяснить толщину только одного слоя, например, утеплителя. Толщина всех остальных слоёв задаётся по конструктивным соображениям. Зная, каким должно быть требуемое сопротивление конструкции теплопередаче и зная коэффициенты теплопроводности материалов, из которых она выполнена, мы можем рассчитать необходимую толщину слоя утеплителя и всей конструкции.
При выполнении расчета толщины ограждающей конструкции следует соблюдать определенную последовательность.
теплопроводность сопротивление ограждающий конструкция
5.1 Общая последовательность выполнения теплотехнического расчета
В соответствии с п. 4 настоящего пособия определить вид здания и условия, по которым следует рассчитывать Rотр.
Определить Rотр:
по формуле (5), если здание рассчитывается по санитарно-гигиеническим и комфортным условиям;
по формуле (5а) и табл. 2, если расчет должен вестись исходя из условий энергосбережения.
Составить уравнение общего сопротивления ограждающей конструкции с одним неизвестным по формуле (4) и приравнять его Rотр.
Вычислить неизвестную толщину слоя утеплителя и определить общую толщину конструкции. При этом необходимо учесть типовые толщины наружных стен:
толщина кирпичных стен должна быть кратна размеру кирпича (380, 510, 640, 770 мм);
толщина наружных стеновых панелей принимается 250, 300 или 350 мм;
толщина панелей типа «сэндвич» принимается равной 50, 80 или 100 мм.
5.2 Пример 1
Рассчитать толщину наружной стены жилого здания, расположенного в городе Топки Кемеровской области.
А. Исходные данные
Расчетная температура наиболее холодных пяти суток
tн = -39 оС (табл.1 [2] или прил. 1 настоящего пособия);
Средняя температура отопительного периода tот.пер.= -8,2 оС (см. там же);
Продолжительность отопительного периода zот.пер.= 235 сут (там же);
Расчетная температура внутреннего воздуха tв= +20 оС,
относительная влажность внутреннего воздуха φ= 55%
(см. прил.2 настоящего пособия);
Влажностный режим помещения - нормальный (табл. 1 [1]);
Зона влажности - сухая (прил. 1*[1]);
Условия эксплуатации - А (прил. 2 [1]).
Рис. 2. Эскиз конструкции стены
Таблица 7. Теплотехнические характеристики материалов (по прил. 3* [1], при условии эксплуатации А)
Наименование материала γ, кг/м3 прил.3*[1] δ, м λ, Вт/(м·оС), прил.3*[1] ,
|
м2· оС/Вт |
|||||
|
1. |
Цементно-песчаный раствор |
1800 |
0,02 |
0,76 |
0,026 |
|
2. |
Кирпич керамический пустотный на цементно-песчаном растворе |
1400 |
0,12 |
0,52 |
0,23 |
Наименование материала γ, кг/м3 прил.3*[1] δ, м λ, Вт/(м·оС), прил.3*[1] ,
|
м2· оС/Вт |
|||||
|
3. |
Плиты минераловатные на синтетическом связующем |
50 |
δ3 |
0,052 |
δ3/0,052 |
|
4. |
Кирпич керамический пустотный на цементно-песчаном растворе |
1400 |
0,38 |
0,52 |
0,73 |
|
5. |
Известково-песчаный раствор |
1600 |
0,015 |
0,7 |
0,021 |
Б. Порядок расчета
1. В соответствии с п. 4.1. и 4.2, требуемое сопротивление теплопередаче данного здания следует определять из условий энергосбережения в зависимости от градусо-суток отопительного периода по формуле (5а):
ГСОП = (tв- tот.пер.) zот.пер.
ГСОП = (20-(-8,2))·235 = 6627.
. Требуемое (приведенное) сопротивление теплопередаче из условий энергосбережения определяем интерполяцией по табл. 2 (или табл. 1б [1])
Rотр= 3,72 (м2· оС/Вт).
. Общее термическое сопротивление ограждающей конструкции определяем по формуле (3):
;
где αв = 8,7 Вт/(м2·оС) (табл. 4*[1], см. также табл. 4 пособия);
αн = 23 Вт/(м2·оС) (табл. 6* [1], см. также табл. 5 пособия).
Ro Rотр
Rо = 1/8,7 + 0,026 + 0,23 + δ3/0,052 + 0,73 + 0,021 + 1/23 = 3,72
δ3 = 0,13 (м)
. С учетом модульной толщины кирпичной кладки принимаем толщину утеплителя из минераловатных плит равной 0,14 м. Тогда общая толщина наружных стен без учета отделочных слоев составит 0,64 м (2,5 кирпича).
Проведем проверочный расчет общего термического сопротивления конструкции:
Rо = 1/8,7 + 0,026 + 0,23 + 0,14/0,052 + 0,73 + 0,021 + 1/23 =3,85
Rо = 3,85 > Rотр = 3,72
Вывод: принятая конструкция наружных стен отвечает теплотехническим требованиям.
5.3 Пример 2
Рассчитать толщину наружной стены гаража, расположенного в городе Топки Кемеровской области.
А. Исходные данные
Расчетная температура наиболее холодных пяти суток
tн = -39 оС (табл.1 [2] или прил. 1 настоящего пособия);
Средняя температура отопительного периода tот.пер.= -8,2 оС;
Продолжительность отопительного периода zот.пер.= 235 сут ;
Расчетная температура внутреннего воздуха tв= + 5 оС,
относительная влажность внутреннего воздуха φ= 50%
(см. прил.2 настоящего пособия);
Влажностный режим помещения - сухой (табл. 1 [1]);
Зона влажности - сухая (прил. 1*[1]);
Условия эксплуатации - А (прил. 2 [1]).
Рис.3. Эскиз конструкции стены
Таблица 8. Теплотехнические характеристики материалов (по прил. 3* [1], при условии эксплуатации А)
Наименование материала γ, кг/м3 прил.3*[1] δ, м λ, Вт/(м·оС), прил.3*[1] ,
|
м2· оС/Вт |
|||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
1. |
Стальной профилированный настил |
- |
0,001 |
- |
- |
|
2. |
Пенополиуретан |
40 |
δ2 |
0,04 |
δ2/0,04 |
|
3. |
Стальной профилированный настил |
- |
0,001 |
- |
- |
Б. Порядок расчета
1. В соответствии с п. 4.1, требуемое сопротивление теплопередаче данного здания следует определять из санитарно-гигиенических и комфортных условий по формуле (5):
,
|
где |
n = 1 (табл. 3* [1], см. также табл.3 настоящего пособия); |
|
Δtн= 4,5 оС (табл. 2*[1], см. также табл. 3 настоящего пособия); |
|
|
αв = 8,7 Вт/(м2· оС) (табл. 4*[1], см. также табл. 4 пособия). |
Rотр=1,12 (м2· оС/Вт).
. Поскольку толщина 1 и 3 слоя ничтожно мала, при расчете ими можно пренебречь и рассчитывать конструкцию как однослойную. Тогда общее термическое сопротивление ограждающей конструкции можно определять по формуле (3):
,
где αв = 8,7 Вт/(м2· оС) (табл. 4*[1], см. также табл. 4 пособия);
αн = 23 Вт/(м2· оС) (табл. 6* [1], см. также табл. 5 пособия);
Ro Rотр
Ro = 1/8,7 + δ3/0,04 + 1/23 = 1,12
δ3 = 0,04 (м).
. С учетом существующих размеров панелей типа «Сэндвич» принимаем толщину панели 50 мм и проводим проверочный расчет общего термического сопротивления данной конструкции:
Ro = 1/8,7 + 0,05/0,04 + 1/23 = 1,4;
Ro = 1,4 > Rотр = 1,12
Вывод: принятая конструкция наружных стен отвечает теплотехническим требованиям.
6. Влажностное состояние ограждающих конструкций
В разделе 1.2 уже говорилось о том, что влажностное состояние конструкций влияет на их теплозащитные свойства, поскольку теплопроводность увлажненных материалов больше, а сопротивление конструкции теплопередаче меньше. Кроме того, увлажненная конструкция быстро разрушается от мороза, коррозии, биологических процессов. Поэтому особенно важно не допустить переувлажнения ограждающей конструкции в зданиях и помещениях с высокой влажностью внутреннего воздуха.
В атмосферном воздухе всегда содержится некоторое количество водяного пара. Количество влаги в граммах, содержащееся в 1 м3 воздуха, называется абсолютной влажностью f, г/м3. Однако для расчетов пользуются не абсолютной влажностью, а величиной парциального давления водяного пара e (иногда называемого упругостью водяного пара), выражаемого в мм рт. ст. или Па. Эта величина дает представление о количестве водяного пара, содержащегося в воздухе, но оценивается это количество в единицах, измеряющих давление или энергию. По мере увеличения количества пара в воздухе возрастает и парциальное давление.
Предельное значение парциального давления Е, мм рт. ст. или Па, соответствует полному насыщению воздуха водяным паром. С повышением температуры воздуха величина Е увеличивается. Значения Е для воздуха с различной температурой указаны в табл. 9. Степень насыщения воздуха водяным паром определяет его относительная влажность φ - процентное отношение парциального давления водяного пара е в рассматриваемой воздушной среде к максимальному значению парциального давления Е, соответствующему температуре этой среды:
(6)
Если воздух с определенным влагосодержанием подвергнуть нагреванию, то его относительная влажность понизится, поскольку количество пара в воздухе, а следовательно, е останется неизменным, а предельное его значение Е увеличится с повышением температуры. Наоборот, при охлаждении воздуха относительная влажность будет увеличиваться из-за уменьшения Е. При некоторой температуре максимальное значение парциального давления Е окажется равным фактическому парциальному давлению е, и относительная влажность будет равна 100%. Наступает состояние полного насыщения охлажденного воздуха водяным паром.
Температура, при которой наступает полное насыщение воздуха водяным паром, называется температурой точки росы tр.
При дальнейшем понижении температуры излишнее количество влаги будет конденсироваться. В холодный период года температура внутренней поверхности ограждающих конструкций всегда ниже температуры внутреннего воздуха и может охладиться до температуры точки росы.
Для предохранения от конденсации водяных паров на внутренней поверхности ограждений температура внутренней поверхности ограждающей конструкции τв, оС, должна быть выше температуры точки росы tр, оС, внутреннего воздуха:
τв > tр (7)
Температуру внутренней поверхности наружных ограждений τв, оС, определяют по формуле
, (8)
где n, tв, tн, αв - то же, что в формуле (5);
Rо - то же, что в формуле (3).
Температуру точки росы внутреннего воздуха находят по табл. 9 при расчетной температуре tв и относительной влажности φв внутреннего воздуха исходя из фактического парциального давления водяного пара ев во внутреннем воздухе:
ев=0,01· Ев· φв, (9)
где Ев - парциальное давление, мм рт. ст. или Па, при полном насыщении воздуха водяным паром (по табл.9) в зависимости от tв.
Расчетная температура tв и относительная влажность φв внутреннего воздуха для зданий разного типа при проверке на конденсацию влаги принимается по прил. 2.
Таблица 9. Значения максимального парциального давления водяного пара, мм рт. ст., для различных температур (при атмосферном давлении 755 мм) Для температур от 0 до -40 оС (надо льдом)
|
ºC |
E, мм |
ºC |
E, мм |
ºC |
E, мм |
ºC |
E, мм |
|
0 |
4,58 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
|
-1 |
4,22 |
-11 |
1,78 |
-21 |
0,7 |
-31 |
0,25 |
|
-2 |
3,88 |
-12 |
1,63 |
-22 |
0,64 |
-32 |
0,23 |
|
-3 |
3,57 |
-13 |
1,49 |
-23 |
0,58 |
-33 |
0,205 |
|
-4 |
3,28 |
-14 |
1,36 |
-24 |
0,52 |
-34 |
0,185 |
|
-5 |
3,01 |
-15 |
1,24 |
-25 |
0,47 |
-35 |
0,17 |
|
-6 |
2,76 |
-16 |
1,13 |
-26 |
0,42 |
-36 |
0,15 |
|
-7 |
2,53 |
-17 |
1,03 |
-27 |
0,38 |
-37 |
0,13 |
|
-8 |
2,32 |
-18 |
0,94 |
-28 |
0,34 |
-38 |
0,12 |
|
-9 |
2,13 |
-19 |
0,85 |
-28 |
0,31 |
-39 |
0,105 |
|
-10 |
1,95 |
-20 |
0,77 |
-30 |
0,28 |
-40 |
0,09 |
Для температур от 0 до +40 оС (над водой)
|
ºCE, ммºCE, ммºCE, ммºCE, мм |
|||||||
|
0 |
4,58 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
|
1 |
4,93 |
11 |
9,84 |
21 |
18,65 |
31 |
33,7 |
|
2 |
5,29 |
12 |
10,52 |
22 |
19,83 |
32 |
35,66 |
|
3 |
5,69 |
13 |
11,23 |
23 |
21,07 |
33 |
37,73 |
|
4 |
6,10 |
14 |
11,99 |
24 |
22,38 |
34 |
39,9 |
|
5 |
6,54 |
15 |
12,79 |
25 |
23,76 |
35 |
42,18 |
|
6 |
7,01 |
16 |
13,63 |
26 |
25,21 |
36 |
44,56 |
|
7 |
7,51 |
17 |
14,53 |
27 |
26,74 |
37 |
47,07 |
|
8 |
8,05 |
18 |
15,48 |
28 |
28,35 |
38 |
49,69 |
|
9 |
8,61 |
19 |
16,48 |
28 |
30,04 |
39 |
52,44 |
|
10 |
9,21 |
20 |
17,54 |
30 |
31,82 |
40 |
55,32 |
7. Пример расчета ограждающей конструкции на конденсацию влаги
Пример 3. Определить из условий конденсации влаги допустимость применения наружных стен гаража в городе Топки Кемеровской области, рассчитанных в примере 2.
А. Исходные данные
Расчетная температура наиболее холодных пяти суток tн= -39 оС;
Расчетная температура внутреннего воздуха tв= + 5 оС;
Относительная влажность внутреннего воздуха φв = 50%;
Влажностный режим помещения - сухой;
Зона влажности - сухая;
Условия эксплуатации - А.
Рис.4. Эскиз конструкции стены
Таблица 10. Теплотехнические характеристики материалов (по прил. 3* [1], при условии эксплуатации А)
Наименование материала γ, кг/м3 прил.3*[1] δ, м λ, Вт/(м·оС), прил.3*[1] ,
|
м2· оС/Вт |
|||||
|
1. |
Стальной профилированный настил |
- |
0,001 |
- |
- |
|
2. |
Пенополиуретан |
40 |
0, 05 |
0,04 |
1,25 |
|
3. |
Стальной профилированный настил |
- |
0,001 |
- |
- |
Б. Порядок расчета
1. Общее термическое сопротивление ограждающей конструкции рассчитано по формуле (3) в примере 2:
Rо= 1,4 (м2·оС/Вт ).
. Температура на внутренней поверхности стены определяется по формуле (8):
. Допустимость применения данной конструкции по условиям конденсации влаги можно определить двумя способами.
Способ 1
Температуре внутреннего воздуха +5 оС соответствует максимальное парциальное давление водяного пара Е = 6,45 мм рт.ст. (по табл. 9).
Температуре на внутренней поверхности стены +1,4 оС соответствует Е = 5,07 мм рт. ст. (там же, промежуточные значения определяем интерполяцией).
Предельная относительная влажность внутреннего воздуха, при которой начнется конденсация влаги на внутренней поверхности стены, находится по формуле (6):
; ; 78,6% > 50%.
Вывод: Относительная влажность воздуха в помещении не превышает 50%, следовательно, на внутренней поверхности наружных стен не происходит конденсации влаги. Принятую в результате расчета конструкцию наружных стен допускается применять в данном здании.
Способ 2
Фактическое парциальное давление водяного пара в воздухе при tв= +5 оС и относительной влажности φв = 50% по формуле (9):
ев=0,01· Ев· φв; ев=0,01· 6,45· 50 = 3,23 мм рт. ст.
Определяем по табл. 9 температуру, которая соответствует такому парциальному давлению. Это и будет температура точки росы внутреннего воздуха, при которой начнется конденсация влаги на внутренней поверхности стены.
tр = -4,2 оС; τв= 1,4 оС > tр = -4,2 оС.
Вывод: Поскольку температура внутренней поверхности стены выше температуры точки росы, на внутренней поверхности стен не происходит конденсация влаги. Принятую в результате расчета конструкцию наружных стен допускается применять в данном здании.
Приложение 1
Климатические параметры холодного периода года (по СНиП 23-01-99 «Строительная климатология»)
|
Населенный пункт |
Температура воздуха наиболее холодной пятидневки, оС, |
Продолжительность, сут, и средняя температура воздуха, оС, периода со средней суточной температурой воздуха 8 оС |
|
|
обеспеченностью 0,92 |
продолжительность |
средняя температура |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Абакан |
-40 |
225 |
-9,7 |
|
Архангельск |
-31 |
253 |
-4,4 |
|
Астрахань |
-23 |
167 |
-1,2 |
|
Барнаул |
-39 |
221 |
-7,7 |
|
Бийск |
-38 |
222 |
-7,8 |
|
Братск |
-43 |
249 |
-8,6 |
|
Брянск |
-26 |
205 |
-2,3 |
|
Владивосток |
-24 |
196 |
-3,9 |
|
Владимир |
-28 |
213 |
-3,5 |
|
Волгоград |
-25 |
178 |
-2,2 |
|
Вологда |
-32 |
231 |
-4,1 |
|
Воркута |
-41 |
306 |
-9,1 |
|
Воронеж |
-26 |
196 |
-3,1 |
|
Вятка |
-33 |
231 |
-5,4 |
|
Екатеринбург |
-35 |
230 |
-6 |
|
Иваново |
-30 |
219 |
-3,9 |
|
Ижевск |
-34 |
22 |
-5,6 |
|
Иркутск |
-36 |
240 |
-8,5 |
|
Казань |
-32 |
215 |
-5,2 |
|
Калининград |
-19 |
193 |
1,1 |
|
Калуга |
-27 |
210 |
-2,9 |
|
Кемеровская область Кемерово Киселевск Мариинск Тайга Топки |
-39 -39 -40 -39 -39 |
231 227 235 240 235 |
-8,3 -7,3 -7,7 -8,3 -8,2 |
|
Комсомольск-на-Амуре |
-35 |
223 |
-10,8 |
|
Краснодар |
-19 |
149 |
2 |
|
Красноярский край Красноярск Минусинск |
-40 -40 |
234 225 |
-7,1 -8,8 |
|
Курган |
-37 |
216 |
-7,7 |
|
Курск |
-26 |
198 |
-2,4 |
|
Липецк |
-27 |
202 |
-3,4 |
|
Магадан |
-29 |
288 |
-7,1 |
|
Москва |
-28 |
214 |
-3,1 |
|
Мурманск |
-27 |
275 |
-3,2 |
|
Нижний Новгород |
-31 |
215 |
-4,1 |
|
Новгород |
-27 |
221 |
-2,3 |
|
Новосибирская область Барабинск Болотное Новосибирск |
-39 -39 -39 |
230 231 230 |
-9 -8,2 -8,7 |
|
Омск |
-37 |
221 |
-8,4 |
|
Орёл |
-26 |
205 |
-2,7 |
|
Оренбург |
-31 |
202 |
-6,3 |
|
Пенза |
-29 |
207 |
-4,5 |
|
Пермь |
-35 |
254 |
-6,8 |
|
Петрозаводск |
-29 |
240 |
-3,1 |
|
Петропавловск-Камчатский |
-20 |
259 |
1,6 |
|
Псков |
-26 |
212 |
-1,6 |
|
Ростов-на-Дону |
-22 |
171 |
-0,6 |
|
Рязань |
-27 |
208 |
-3,5 |
|
Самара |
-30 |
203 |
-5,2 |
|
Санкт-Петербург |
-26 |
220 |
-1,8 |
|
Саратов |
-27 |
196 |
-4,3 |
|
Смоленск |
-26 |
215 |
-2,4 |
|
Сочи |
-3 |
72 |
6,4 |
|
Ставрополь |
-19 |
168 |
0,9 |
|
Тамбов |
-28 |
201 |
-3,7 |
|
Тверь |
-29 |
218 |
-3 |
|
Томск |
-40 |
236 |
-8,4 |
|
Тула |
-27 |
207 |
-3 |
|
Тюменская область Сургут Тобольск Тюмень |
-43 -39 -38 |
257 232 225 |
-9,9 -8,1 -7,2 |
|
Улан-Удэ |
-37 |
237 |
-10,4 |
|
Ульяновск |
-31 |
212 |
-5,4 |
|
Хабаровск |
-31 |
211 |
-9,3 |
|
Челябинск |
-34 |
218 |
-6,5 |
|
Чита |
-з8 |
242 |
-11,4 |
|
Южно-Сахалинск |
-24 |
230 |
-4,3 |
|
Якутск |
-54 |
256 |
-20,6 |
Приложение 2
Расчетные параметры внутреннего воздуха
|
Помещения |
Расчетная температура воздуха, оС |
Относительная влажность воздуха, % |
||
|
в IА, IБ, IГ климатических подрайонах |
в II, III климатических районах и IВ, IД климатических подрайонах |
в IV климатическом районе |
||
|
Жилые здания |
||||
|
При температуре наиболее холодной пятидневки выше -31 оС |
18 |
55 |
||
|
При температуре наиболее холодной пятидневки ниже -31 оС |
20 |
55 |
||
|
Общественные здания |
||||
|
Административно-конторские здания: |
||||
|
- рабочие кабинеты, архив |
18 |
18 |
18 |
50 |
|
- вестибюль, зал собраний |
16 |
16 |
16 |
50 |
|
Детские дошкольные учреждения |
22 |
21 |
20 |
55 |
|
Школы, школы-интернаты, профессионально-технические учебные заведения |
21 |
18 |
17 |
55 |
|
Средние специальные и высшие учебные заведения |
18 |
18 |
18 |
50 |
|
Кинотеатры: |
||||
|
- зрительный зал |
18 |
18 |
18 |
50 |
|
- фойе, кулуар |
14 |
14 |
14 |
50 |
|
Клубы: |
||||
|
- зрительный зал |
20 |
20 |
20 |
50 |
|
- читальный зал, кружковые |
18 |
18 |
18 |
50 |
|
Театры: |
||||
|
- зрительный зал |
21 |
21 |
21 |
50 |
|
- фойе, кулуар, буфет |
18 |
18 |
18 |
50 |
|
- сцена |
22 |
22 |
22 |
50 |
|
- артистические уборные |
20 |
20 |
20 |
50 |
|
Предприятия обществ. питания: |
||||
|
- буфет, закусочная, торговый зал |
16 |
16 |
16 |
50 |
|
- моечная |
20 |
20 |
20 |
70 |
|
Библиотеки, архивы |
18 |
18 |
18 |
50 |
|
Магазины: |
||||
|
- продовольственные |
12 |
12 |
12 |
30-60 |
|
- непродовольственные |
15 |
15 |
15 |
30-60 |
|
Спортивные залы: |
||||
|
- для зрителей (с местами) |
18 |
18 |
18 |
50 |
|
- для зрителей (без мест) |
15 |
15 |
15 |
50 |
|
- для физкультуры, классы для хореографии |
18 |
18 |
18 |
50 |
|
Залы ванн крытых бассейнов |
27 |
27 |
27 |
75 |
|
Бани: |
||||
|
- раздевальная, ванная, душевая |
25 |
25 |
25 |
75 |
|
- купальный бассейн |
26 |
26 |
26 |
75 |
|
- мыльная |
30 |
30 |
30 |
75 |
|
- парильная русской бани |
60-75 |
60-75 |
60-75 |
85 |
|
- парильная финской сауны |
60-120 |
60-120 |
60-120 |
85 |
|
Больницы: |
||||
|
- палаты для взрослых |
20 |
20 |
20 |
50-60 |
|
- палаты для новорожденных |
25 |
25 |
25 |
50-60 |
|
- операционные |
23 |
23 |
23 |
55-60 |
|
- послеоперационные палаты |
25 |
25 |
25 |
55-60 |
|
- палаты хирургического профиля |
26 |
26 |
26 |
35-55 |
|
Вокзалы: |
||||
|
- пассажирский зал |
18 |
18 |
18 |
50 |
|
- вестибюль, коридор, тоннель |
10 |
10 |
10 |
50 |
|
Гаражи: |
||||
|
- помещение для хранения автомобилей |
5 |
5 |
5 |
50 |
|
- отдел главного механика, профилакторий |
16 |
16 |
16 |
50 |
|
Примечания Для угловых помещений квартир и общежитий расчетная температура выше на 2 оС, для лестничной клетки в квартирном доме 16 оС. Расчетные параметры внутреннего воздуха в производственных зданиях рекомендуется принимать по табл. 1.23, с.58 [8]. |
Приложение 3
Конструктивные решения наружных стен из условий энергосбережения
|
Эскиз конструкции |
Состав слоёв |
Вид теплоизоляции |
|
Навесные панели типа «сэндвич» |
||
|
1, 3 - стальной профилированный лист δ = 0,001 м; 2 - теплоизоляция |
Пенополиуретан плотностью γ = 40 кг/м3 или γ = 50 кг/м3 |
|
|
1, 3 - стальной профилированный лист δ = 0,001 м; 2 - теплоизоляция |
Минераловатные плиты плотностью γ = 50-150 кг/м3 |
|
|
Навесные или несущие крупные панели |
||
|
1 - железобетон γ = 2500 кг/м3 δ = 0,10 м; 2 - теплоизоляция; 3 - железобетон γ = 2500 кг/м3 δ = 0,05 м |
а) пенополистирол γ = 40 кг/м3; б) плиты минераловатные на битумном связующем γ =125-175 кг/м3 |
|
|
1 - керамзитобетон γ = 1600 кг/м3 δ = 0,10 м; 2 - теплоизоляция; 3 - керамзитобетон γ = 1600 кг/м3 δ = 0,05 м |
а) пенополистирол γ = 40 кг/м3; б) плиты минераловатные на битумном связующем γ =125-175 кг/м3 |