Потери теплоты через ограждающие конструкции
Введение
Для теплообеспечения зданий и сооружений потребление энергии в нашей стране, как и во всем мире, неуклонно возрастает. Известно, что на теплоснабжение гражданских и производственных зданий расходуется более одной трети всего добываемого органического топлива. Между тем, добыча и транспортировка топлива обходится все дороже в связи с освоением глубоких месторождений в новых отдаленных районах. Поэтому при дальнейшем развитии страны необходима экономия топлива.
Основными среди теплозатрат на коммунально- бытовые нужды в зданиях (отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха, горячее водоснабжение) являются затраты на отопление. Это объясняется условиями эксплуатации зданий в холодное время года на большей части территории страны, когда теплопотери зданий через ограждающие конструкции значительно превышают внутренние тепловыделения.
Таким образом отоплением называется искусственное обогревание помещений здания с целью возмещения теплопотерь и для поддержания в них температуры на заданном уровне, определяемом условиями теплового комфорта для находящихся в здании людей и требованиями протекающего технологического процесса.
Отопление очень важно для нашей страны, где почти каждое здание должно иметь систему отопления. В настоящее время большинство городов имеет разветвленную систему теплоснабжения. Создаются системы дальнего прямоточного теплоснабжения. В практике строительства используются самые различные виды отопительных систем. В крупносборных зданиях наряду с радиаторными нашли применение панельно-лучистые, воздушные и конвекторные системы отопления. Начинают применяться системы электрического и газового отопления (газовые инфракрасные излучатели).
Ведутся работы по выявлению и использованию дешевых источников тепла. Если во многих странах за рубежом в отопительных установках используется преимущественно один вид топлива (в Западной Европе - мазут, в странах Восточной Европы - бурый уголь), то в нашей стране применяют различные виды местного топлива - газ, мазут, уголь, торф, сланцы - дрова и т.д. Таковы тенденции развития отдельных направлений техники теплоснабжения.
В условиях рыночной экономики и всевозрастающих потребностей, как промышленности, так и жилищного уровня людей, большое значение имеет увеличение термического сопротивления ограждения в 2-3 раза, что позволяет уменьшить бесполезные потери тепла и тем самым уменьшить расход топлива. Также огромное значение для данной отрасли представляет введение и использование автоматических систем и установка счетчиков. Это позволяет экономичнее расходовать энергию и топливо.
Исходные данные
Объект строительства: трех этажный жилой дом;
Место строительства: г. Новосибирск.
Тепловой режим здания
Расчетные параметры наружного воздуха
По СНиП 23-01-99*:
· Расчётная температура наружного воздуха, tн= -420C;
· Температура отопительного периода, tот пер= -8,70C;
· Продолжительность отопительного периода, zоп=230 суток;
· Скорость ветра 5 м/с;
· Зона влажности – сухая (прил. В СНиП 23-02-2003);
3.2 Расчётные параметры внутреннего воздуха
· Расчетная температура внутреннего воздуха tв=21 0С
· Влажность внутреннего воздуха 60%;
· Влажностный режим помещений зданий – нормальный
(табл.1 СНиП 23-02-2003);
Теплотехнический расчет наружных
Ограждающих конструкций
Определение градусо - суток отопительного периода и условие эксплуатации ограждающих конструкций
Определяем градусо -сутки отопительного периода:
ГСОП = (tв – tоп)zоп = (21 +8,7)*230= 6831 °С сут,
где: tв- расчетная температура внутреннего воздуха, 0С;
tоп - температура отопительного периода, 0С;
zоп - продолжительность отопительного периода, сутки.
По табл.2, СНиП 23-02-2003 находим условие эксплуатации ограждающих конструкций – «А».
Стены
Наружная стена состоит из следующих слоёв (от наружной поверхности к внутренней):
1 слой – штукатурка из цементно – песчаного раствора: r1 = 1800 кг/м3, λ1=0,76 Вт/(м°С), d1=30 мм;
2 слой – плиты минераловатные (ГОСТ 15588-70*):
r2=90 кг/м3, λ 2=0,042Вт/(м°С), d2 =Х, мм (определяется расчетом);
3 слой –кирпичная кладка из кирпича глиняного обыкновенного: r1 = 1800 кг/м3, λ1=0,7 Вт/(м°С), d3=380 мм;
4 слой – штукатурка цементно – песчаным раствором:
r4 = 1800 кг/м3, λ4=0,76 Вт/(м°С), d4=20 мм;
αв = 8,7 Вт/(м2°С) - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м ·°С), (табл. 7, СНиП 23-02-2003);
αн= 23 Вт/(м2°С) - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м ·°С), (табл. 6*, СНиП II-3-79*);
Первоначально определяем требуемое сопротивление теплопередаче по зависимости (формула 3, СНиП 23-02-2003):
,
R0тр = 1*(21+42)/4*8,7 = 1,8 (м2 0С/Вт)
где: tв- расчетная температура внутреннего воздуха, 0С;
tн- расчетная температура наружного воздуха, 0С;
п - коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху и приведенный в таблице 6 (СНиП 23-02-2003);
Dtн - нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха tint и температурой внутренней поверхности tint ограждающей конструкции, °С, принимаемый по таблице 5 (СНиП 23-02-2003);
aв - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м2×°С), принимаемый по таблице 7 (СНиП 23-02-2003);
Определяем приведенное термическое сопротивление R0пр из усл. энергосбережения (формула 1, СНиП 23-02-2003):
R0пр =a·Dd + b, (м2°С)/Вт,
где Dd - градусо- сутки отопительного периода, °С×сут, для конкретного пункта;
а, b - коэффициенты, значения которых следует принимать по данным табл. 4, СНиП 23-02-2003, для соответствующих групп зданий.
R0пр =0,00035· 6831 +1,4 = 3,79 (м2°С)/Вт.
Т.к. R0пр> R0тр, найденного из санитарно – гигиенических и комфортных условий, то за расчетное значение принимаем R0пр =3,79 (м2°С)/Вт.
Уточняем фактическое сопротивление теплопередаче .
Фактическое сопротивление теплопередаче для стен равно
=1/αв + δ1/λ1 + δ2/λ2+ δ3/λ3+ δ4/λ4 + 1/αн= R0пр,
отсюда находим толщину утеплителя:
δ2 = (R0пр –(1/αв + δ1/λ1 + δ3/λ3 + δ4/λ4 + 1/αн ))λ2 =
= (3,79-(1/8,7+0,03/0,76+0,38/0,7+0,02/0,76+1/23))*0,042= 0,13 м.
Принимаем стандартную толщину утеплителя, δ2=0,13м.
Таким образом, толщина стены составит: δстены=30+130+380+20=560мм.
При пересчете, фактическое сопротивление теплопередаче для стен будет равно: =1/8,7+0,03/0,76+0,13/0,042+0,38/0,7+0,02/0,76+1/23=3,86 (м2°С)/Вт.
Определяем коэффициент теплопередачи для данной ограждающей
конструкции: К = 1/ =1/3,86=0,26 Вт/(м°С).
Перекрытие чердачное
Чердачное перекрытие состоит из следующих слоёв (снизу вверх):
1 слой – железобетонная плита перекрытия без пустот: d1=250 мм, λ 1=1,92 Вт/(м°С), r1=2500 кг/м3 .
2 слой – выравнивающий слой из цементно – песчаного раствора: r2=1800 кг/м3, λ 2=0,76 Вт/(м°С), d2 =10, мм;
3 слой –пароизоляция - рубероид: r3 = 600 кг/м3, λ3=0,17 Вт/(м°С), d3=15 мм;
4 слой – утеплитель – пенополистерол r4 = 35 кг/м3, λ4=0,031 Вт/(м°С), d4=Х, мм (определяется расчетом);
5 слой – стяжка цементно – песчаным раствором: r5=1800 кг/м3, λ 5=0,76 Вт/(м°С), d5 =40, мм.
αв = 8,7 Вт/(м2°С) - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м ·°С), (табл. 7, СНиП 23-02-2003);
αн= 12 Вт/(м2°С) - коэффициент теплоотдачи наружней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м ·°С), (табл. 6*, СНиП II-3-79*);
Первоначально определяем требуемое сопротивление теплопередаче по зависимости (формула 3, СНиП 23-02-2003):
,
R0тр = 1*(21+42)/3*8,7 = 2,4 (м2 0С/Вт).
где: tв- расчетная температура внутреннего воздуха, 0С;
tн- расчетная температура наружного воздуха, 0С;
п - коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху и приведенный в таблице 6 (СНиП 23-02-2003);
Dtн - нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха tint и температурой внутренней поверхности tint ограждающей конструкции, °С, принимаемый по таблице 5 (СНиП 23-02-2003);
aв - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м2×°С), принимаемый по таблице 7 (СНиП 23-02-2003);
Определяем приведенное термическое сопротивление R0пр из усл. энергосбережения (формула 1, СНиП 23-02-2003):
R0пр =a·Dd + b, (м2°С)/Вт,
где Dd - градусо- сутки отопительного периода, °С×сут, для конкретного пункта;
а, b - коэффициенты, значения которых следует принимать по данным табл. 4, СНиП 23-02-2003, для соответствующих групп зданий.
R0пр =0,00045·6831+1,9 = 4,97 (м2°С)/Вт.
Т.к. R0пр > R0тр , найденного из санитарно – гигиенических и комфортных условий, то за расчетное значение принимаем R0пр = 4,97(м2°С)/Вт.
Находим термическое сопротивление теплопередаче железо - бетонной конструкции многопустотной плиты Rпл. (приложение 1).
Уточняем фактическое сопротивление теплопередаче .
Фактическое сопротивление теплопередаче для чердачного перекрытия равно =1/αв + δ1/λ1 +δ2/λ2 + δ3/λ3 + δ4/λ4 + δ5/λ5 + 1/αн= R0пр, отсюда находим толщину утеплителя:
δ 4 = (R0пр –(1/αв + δ1/λ1 + δ2/λ2 +δ3/λ3 + δ5/λ5 + 1/αн ))*λ4 =
= (4,97-(1/8,7+0,25/1,92+0,01/0,76+0,015/0,17+0,04/0,76+1/12))*0,031 = 0,14м.
Принимаем стандартную толщину утеплителя, δ2=0,14м.
Таким образом, толщина чердачного перекрытия составит: δчерд.=250+10+15+140+40=455мм.
При пересчете, фактическое сопротивление теплопередаче для чердачного перекрытия будет равно:
=1/8,7+0,25/1,92+0,01/0,76+0,015/0,17+0,14/0,031+0,04/0,76+1/12=5, (м2°С)/Вт.
Определяем коэффициент теплопередачи для данной ограждающей
конструкции: К = 1/ =1/5=0,2 Вт/(м°С).
3.3.4 Перекрытие над неотапливаемым подвалом
Перекрытие над подвалом состоит из следующих слоёв (снизу вверх):
1 слой – железобетонная многопустотная плита перекрытия: d1=220 мм, Rпл=0,29 (м2°С)/Вт.
2 слой – утеплитель перлитопластобетон: r2=200 кг/м3, λ 2=0,052 Вт/(м°С), d2 =Х, мм (определяется расчетом);
3 слой – стяжка цементно-песчаным раствором: r3 = 1800 кг/м3, λ3=0,76 Вт/(м°С), d3=50 мм;
4 слой – линолеум поливинилхлоридный на тканевой подоснове: r4 = 1400 кг/м3, λ4=0,38 Вт/(м°С), d4=10 мм;
αв = 8,7 Вт/(м2°С) - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м ·°С), (табл. 7, СНиП 23-02-2003);
αн= 12 Вт/(м2°С) - коэффициент теплоотдачи наружней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м ·°С), (табл. 6*, СНиП II-3-79*);
Первоначально определяем требуемое сопротивление теплопередаче по зависимости (формула 3, СНиП 23-02-2003):
,
R0тр = 1*(20+36)/2*8,7 = 2,89 (м2 0С/Вт).
.
где: tв- расчетная температура внутреннего воздуха, 0С;
tн- расчетная температура наружного воздуха, 0С;
п - коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху и приведенный в таблице 6 (СНиП 23-02-2003);
Dtн - нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха tint и температурой внутренней поверхности tint ограждающей конструкции, °С, принимаемый по таблице 5 (СНиП 23-02-2003);
aв - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м2×°С), принимаемый по таблице 7 (СНиП 23-02-2003);
Определяем приведенное термическое сопротивление R0пр из усл. энергосбережения (формула 1, СНиП 23-02-2003):
R0пр =a·Dd + b, (м2°С)/Вт,
где Dd - градусо- сутки отопительного периода, °С×сут, для конкретного пункта;
а, b - коэффициенты, значения которых следует принимать по данным табл. 4, СНиП 23-02-2003, для соответствующих групп зданий.
R0пр =0,00045·6840+1,9 = 4,98 (м2°С)/Вт.
Т.к. R0пр > R0тр , найденного из санитарно – гигиенических и комфортных условий, то за расчетное значение принимаем R0пр =4,98.
Уточняем фактическое сопротивление теплопередаче .
Фактическое сопротивление теплопередаче для чердачного перекрытия равно =1/αв + δ1/λ1 +δ2/λ2 + δ3/λ3 + δ4/λ4 + 1/αн= R0пр,
отсюда находим толщину утеплителя:
δ2 = (R0пр –(1/αв + δ1/λ1 + δ3/λ3 +δ4/λ4 + 1/αн ))*λ2 =
= (4,98-(1/8,7+0,29+0,05/0,76+0,01/0,38+1/12))*0,052 = 0,23м.
Принимаем стандартную толщину утеплителя, δ2=0,25м.
Таким образом, толщина чердачного перекрытия составит: δпер.подв=220+250+50+10=530мм.
При пересчете, фактическое сопротивление теплопередаче для чердачного перекрытия будет равно:
=1/8,7+0,29+0,25/0,052+0,05/0,76+0,01/0,38+1/12=5,39 (м2°С)/Вт.
Определяем коэффициент теплопередачи для данной ограждающей
конструкции: К = 1/ =1/5,39=0,19 Вт/(м°С).
Окна
Определяем требуемое сопротивление теплопередаче для окон:
R0тр = 0,64 (м2°С)/Вт, по табл.4 СНиП 23-02-2003.
Таким образом, к установке принимаем окна из обычного стекла с твердым селективным покрытием с однокамерным стеклопакетом в раздельных переплетах с фактическим сопротивлением теплопередаче =0,65(м2°С)/Вт.
Определяем коэффициент теплопередачи для данной ограждающей
конструкции: К = 1/ =1/0,65=1,54 Вт/(м°С).
Двери
Согласно п. 5.7 (СНиП 23-02-2003) фактическое сопротивление теплопередаче наружной двери равно:
R0тр(дв) = 0,6*R0тр(стены),
R0тр(дв) = 0,6*3,77=2,27 (м2°С)/Вт.
Определяем коэффициент теплопередачи для данной ограждающей
конструкции: К = 1/ R0тр(дв) =1/2,27=0,44 Вт/(м°С).
Найденные значения толщин конструкций, фактических сопротивлений теплопередаче, коэффициентов теплопередачи заносим в сводную таблицу 1.
Таблица 1
Наименование ограждения | ![]() | ![]() | ![]() |
1. наружная стена | 0,940 | 3,77 | 0,27 |
2. чердачное перекрытие | 0,480 | 5,49 | 0,15 |
3. перекрытие над подвалом | 0,530 | 5,39 | 0,19 |
4. оконный проем | - | 0,65 | 1,54 |
5. наружная дверь | - | 2,26 | 0,44 |
Тепловой баланс помещений
Тепловой баланс помещений представляется в виде следующего равенства:
∑Qогр.+Qинф.=Qрасч.+Qбыт. (1)
где: Qогр- потери теплоты через ограждающие конструкции, Вт;
Qинф- расход теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха, Вт;
Qрасч - необходимые теплопоступления для компенсации потерь теплоты через ограждающие конструкции и нагрева инфильтрующегося воздуха, Вт;
Qбыт- бытовые тепловыделения, Вт.
Потери теплоты через ограждающие конструкции
Основные и добавочные потери теплоты следует определять суммируя
потери теплоты через отдельные ограждающие конструкции Q, Вт, с округлением до 10 Вт для помещений по формуле:
, Вт, (2)
где - расчетная площадь ограждающих конструкций, м2;
- коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции;
-внутренняя температура воздуха.
-коэффициент, зависящий от положения наружной ограждающей конструкции к наружному воздуху:
- для наружных стен, чердачных перекрытий, окон, наружных дверей n=1.
- для перекрытий над подвалом n=0,6 .
- добавочный коэффициент, учитывающий ориентацию наружного ограждения:
а) в помещениях любого назначения через наружные вертикальные и наклонные стены , двери и окна обращенные на север, восток, северо-восток и северо-запад =0,1; на юго-восток и запад
=0,05.
б) в общественных административно-бытовых и производственных помещениях через две наружные стены и более =0,15 ,если одно из
ограждений обращено на север, восток ,северо-восток и северо-запад и 0,1 – в других случаях.
в) через не обогреваемые полы 1-го этажа над холодными подвалами зданий в местностях с расчетной температурой наружного воздуха -40°С и ниже , =0,05 .
г) через наружные двери, не оборудованные воздушными или воздушно-тепловыми завесами, при высоте зданий H, м, от средней планировочной отметки земли до верха карниза, центра вытяжных отверстий фонаря или устья шахты в размере:
0,2 H — для тройных дверей с двумя тамбурами между ними;
0,27 H — для двойных дверей с тамбурами между ними;
0,34 H —для двойных дверей без тамбура;
0,22 H —для одинарных дверей.