Теплотехнический расчет теплого чердака
Исходные данные
Место строительства - Москва, text = -28 °С; Dd = 4943 °С×сут.
Тип здания - рядовая секция 17-этажного жилого дома.
Кухни в квартирах с электроплитами.
Площади покрытия (кровли) над теплым чердаком Аg.c = 252,8 м2, перекрытия теплого чердака Ag.f = 252,8 м2, наружных стен теплого чердака Ag.w = 109,6 м2. Приведенную площадь определяем по формуле (33)
ag.w = 109,6/252,8 = 0,4335.
Сопротивление теплопередаче стен
Rog.w = 1,8 м2×°С/Вт.
В теплом чердаке размещена верхняя разводка труб систем отопления и горячего водоснабжения. Расчетные температуры системы отопления с верхней разводкой 95 °С, горячего водоснабжения 60 °С. Длина трубопроводов верхней разводки системы отопления составила:
dpi,мм | |||||
lpi, м | 19,3 | 27,4 | 6,3 |
Длина трубопроводов горячего водоснабжения составила:
dpi,мм | ||||
lpi, м | 3,5 | 12,4 |
Температура воздуха в помещениях верхнего этажа tint = 20 °С.
Температура воздуха, поступающего в теплый чердак из вентиляционных каналов, tven = 21,5 °С.
Порядок расчета
1. Согласно таблице 4 СНиП 23-02 нормируемое сопротивление теплопередаче покрытия жилого здания Rreq для Dd = 4943 °С×сут должно быть не менее 4,67 м2×°С/Вт.
Определим согласно 9.2.1 величину требуемого сопротивления теплопередаче перекрытия теплого чердака Rog.f поформуле (29), предварительно вычислив коэффициент п по формуле (30), приняв температуру воздуха в теплом чердаке tintg = 18 °С.
n = (tint - tintg)/(tint - text) = (20 - 18)/(20 + 28) = 0,04.
Тогда Rog.f = 0,04×4,67 = 0,19 м2×°С/Вт.
Проверим согласно 9.2.2 выполнение условия Dt £ Dtn для потолков помещений последнего этажа при Dtn = 3 °С
Dt = (tint - tintg)/(Rog.f) = (20 - 18)/(0,19×8,7) = 1,21 °С < Dtп.
Так как перекрытие верхнего этажа состоит из железобетонной плиты толщиной 160 мм с затиркой поверхности цементно-песчаным раствором толщиной 20 мм, то сопротивление теплопередаче Rog.f этого перекрытия равно 0,3 м2×°С/Вт, что выше минимального значения 0,19 м2×°С/Вт, определенного по формуле (29).
2. Вычислим согласно 9.2.3 величину сопротивления теплопередаче перекрытия чердака Rog.c,предварительно определив следующие величины:
сопротивление теплопередаче наружных стен чердака из условия невыпадения конденсата равно 1,8 м2×°С/Вт;
приведенный расход воздуха в системе вентиляции определяют по таблице 11 - Gven = 26,4 кг/(м2×ч) для 17-этажного дома с электроплитами.
Приведенные теплопоступления от трубопроводов систем отопления и горячего водоснабжения определяют на основе исходных данных для труб и соответствующих значений qpi по таблице 12 (при температуре окружающего воздуха 18 °С):
= (31,8×15 + 25×17 + 22,2×19,3 + 20,4×27,4 + 18,1×6,3 + 19,2×3,5 + 14,9×16 +
+ 13,3×12,4 + 12×6)/252,8 = 10,07 Вт/м2.
Тогда сопротивление теплопередаче покрытия чердака Rog.c равно:
Rog.c = (18 + 28)/[0,28×26,4(21,5 - 18) + (20 - 18)/0,3 + 10,07 - (18 + 28)0,4335/1,8] = 46/31,53 = 1,46 м2×°С/Вт
3. Проверим наружные ограждающие конструкции чердака на условие невыпадения конденсата на их внутренней поверхности. С этой целью рассчитывают согласно 9.2.5 температуру на внутренней поверхности покрытия tsig.c и стен tsig.w чердака по формуле (35)
tsig.c = 18 - [(18 + 28)/(12×1,46)] = 15,37 °С;
tsig.w = 18 - [(18 + 28)/(8,7×1,8)] = 15,06 °С.
Определим температуру точки росы td воздуха в чердаке.
Среднее парциальное давление водяного пара за январь для Москвы равно еp = 2,8 гПа. Влагосодержание наружного воздуха fext определяют по формуле (37)
fext = 0,794×2,8/(1 - 28/273) = 2,478 г/м3.
Влагосодержание воздуха теплого чердака fg определяют по формуле (36) для домов с электроплитами
fg = 2,478 + 3,6 = 6,078 г/м3.
Парциальное давление водяного пара воздуха в чердаке еg определяют по формуле (38)
еg = 6,078(1 + 18/273)/0,794 = 8,16 гПа.
По приложению С находим температуру точки росы td = 4,05 °С, что значительно меньше минимальной температуры поверхности (в данном случае покрытия) 15,37 °С. Следовательно, конденсат на покрытии и стенах чердака выпадать не будет.
Суммарное сопротивление теплопередаче горизонтальных ограждений теплого чердака составляет Rog.c + Rog.f = 0,3 + 1,46 = 1,76 м2×°С/Вт при нормируемом согласно СНиП 23-02 сопротивлении теплопередаче обычного покрытия здания Rreq = 4,67 м2×°С/Вт.
Пример 2
Теплотехнический расчет техподполья
Исходные данные
Тип здания - рядовая секция 17-этажного жилого дома при наличии нижней разводки труб систем отопления и горячего водоснабжения.
Место строительства - Москва, text = -28 °С; Dd = 4943 °С×сут.
Площадь цокольного перекрытия (над техподпольем) Аb = 281 м2.
Ширина подвала - 13,8 м; площадь пола техподполья - 281 м2.
Высота наружной стены техподполья, заглубленной в грунт, - 1,04 м. Площадь наружных стен техподполья, заглубленных в грунт, - 48,9 м2.
Суммарная длина l поперечного сечения ограждений техподполья, заглубленных в грунт,
l = 13,8 + 2×1,04 = 15,88 м.
Высота наружной стены техподполья над уровнем земли - 1,2 м.
Площадь наружных стен над уровнем земли Аb,w = 53,3 м2.
Объем техподполья Vb = 646 м3.
Расчетные температуры системы отопления нижней разводки 70 °С, горячего водоснабжения 60 °С.
Длина трубопроводов системы отопления с нижней разводкой lpi составила:
dpi,мм | |||||||
lpi, м | 3,5 | 10,5 | 11,5 | 4,0 | 17,0 | 14,5 | 6,3 |
Длина трубопроводов горячего водоснабжения составила:
dpi,мм | ||
lpi, м |
Газораспределительных труб в техподполье нет, поэтому кратность воздухообмена в техподполье I = 0,5 ч-1.
Температура воздуха в помещениях первого этажа tint = 20 °С.
Порядок расчета
1. Сопротивление теплопередаче наружных стен техподполья над уровнем земли принимают согласно 9.3.2 равным сопротивлению теплопередаче наружных стен Rob.w = 3,13 м2×°С/Вт.
2. Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций заглубленной части техподполья определим согласно 9.3.3 как для утепленных полов на грунте, состоящей из термического сопротивления стены, равного 3 м2×°С/Вт, и участков пола техподполья.
Сопротивление теплопередаче участков пола техподполья (начиная от стены до середины техподполья) шириной: 1 м - 2,1 м2×°С/Вт; 2 м - 4,3 м2×°С/Вт; 2 м - 8,6 м2×°С/Вт; 1,9 м - 14,2 м2×°С/Вт. Соответственно площадь этих участков для части техподполья длиной 1 м будет равна 1,04 м2 (стены, контактирующей с грунтом), 1 м2, 2 м2, 2 м2, 1,9 м2.
Таким образом, сопротивление теплопередаче заглубленной части стен техподполья равно
Ros = 2,1 +3= 5,1м2×°С/Вт.
Вычислим приведенное сопротивление теплопередаче ограждений заглубленной части техподполья
Ros = 7,94/[(1,04/5,1 + 1/2,1 + 2/4,3 + 2/8,6 + 1,9/14,2] = 5,25 м2×°С/Вт.
3. Согласно СНиП 23-02 нормируемое сопротивление теплопередаче перекрытия над техподпольем жилого здания Rreq для Dd = 4943 °С×сут равно 4,12 м2×°С/Вт.
Согласно 9.3.4 определим значение требуемого сопротивления теплопередаче цокольного перекрытия над техподпольем Rob.c по формуле
Rob.c = nRreq,
где n - коэффициент, определяемый при принятой минимальной температуре воздуха в подполье tintb = 2°С.
n = (tint - tintb)/(tint - text) = (20 - 2)/(20 + 28) = 0,375.
Тогда Rob.c = 0,375×4,12 = 1,55 м2×°С/Вт.
4. Определим температуру воздуха в техподполье tintb согласно 9.3.5.
Предварительно определим значение членов формулы (41), касающихся тепловыделений от труб систем отопления и горячего водоснабжения, используя данные таблицы 12. При температуре воздуха в техподполье 2 °С плотность теплового потока от трубопроводов возрастет по сравнению с значениями, приведенными в таблице 12, на величину коэффициента, полученного из уравнения (34): для трубопроводов системы отопления - на коэффициент [(70 - 2)/(70 - 18)]1,283 = 1,41; для трубопроводов горячего водоснабжения - [(60 - 2)/(60 - 18)1,283 = 1,51. Тогда
= 1,41(22,8×3,5 + 2,03×10,5 + 17,7×11,5 +
+ 17,3×4 + 15,8×17 + 14,4×14,5 + 12,7×6,3) + 1,51(14,6×47 + 12×22) = 1313 + 1435 = 2848 Вт.
Рассчитаем значение температуры tintb из уравнения теплового баланса при назначенной температуре подполья 2 °С
tintb = (20×281/1,55 + 2848 - 0,28×646×0,5×1,2×28 - 28×329,9/5,25 - 28×53,3/3,13)/
/(281/1,55 + 0,28×646×0,5×1,2 + 329,9/5,25 +53,3/3,13) = 1198,75/369,7 = 3,24 °С.
Тепловой поток через цокольное перекрытие составил
qb.c = (20 - 3,24)/1,55 = 10,8 Вт/м2.
5. Проверим, удовлетворяет ли теплозащита перекрытия над техподпольем требованию нормативного перепада Dtn = 2 °С для пола первого этажа.
По формуле (3) СНиП 23-02 определим минимально допустимое сопротивление теплопередаче
Romin = (20 - 2)/(2×8,7) = 1,03 м2×°С/Вт < Rob.c = 1,55 м2×°С/Вт.
Требуемое сопротивление теплопередаче цокольного перекрытия над техподпольем составляет 1,55 м2×°С/Вт при нормируемом согласно СНиП 23-02 сопротивлении теплопередаче перекрытий над подвалами 4,12 м2×°С/Вт. Таким образом, в техподполье эквивалентная нормам СНиП 23-02 тепловая защита обеспечивается не только ограждениями (стенами и полом) техподполья, но и за счет теплоты от трубопроводов систем отопления и горячего водоснабжения.
ПРИЛОЖЕНИЕ У
(рекомендуемое)
ПРИМЕР РАСЧЕТА ПРИВЕДЕННОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ТЕПЛОПЕРЕДАЧЕ УЧАСТКОВ СТЕН, РАСПОЛОЖЕННЫХ ЗА ОСТЕКЛЕННЫМИ ЛОДЖИЯМИ И БАЛКОНАМИ
Исходные данные
Девятиэтажное жилое здание со стенами из пористого силикатного кирпича толщиной 770 мм (Rwr = 1,45 м2×°С/Вт), построено в г. Ярославле (text = -31 °С). Балконы и лоджии остеклены однослойным остеклением (RF = 0,18 м2×°С/Вт), нижняя часть утеплена (Rw = 0,81 м2×°С/Вт). В наружных стенах в зоне остекленных балконов светопроемы заполнены оконными и дверными блоками с двухслойным остеклением в раздельных переплетах (RFr = 0,44 м2×°С/Вт). Наружный торец балкона имеет стенку из силикатного кирпича толщиной 380 мм (Rw = 0,6 м2×°С/Вт). Температура внутреннего воздуха tint = 21 °С. Определить приведенное сопротивление теплопередаче системы ограждающих конструкций остекленного балкона.
Порядок расчета
Согласно геометрическим показателям ограждений остекленного балкона, представленным на рисунке У.1, определены сопротивления теплопередаче Rr и площади А отдельных видов ограждений:
1. Наружная стена из пористого силикатного кирпича толщиной 770 мм, Rwr = 1,45 м2×°С/Вт, Aw = 15 м2.
2. Заполнение балконного и оконного проемов деревянными блоками с двухслойным остеклением в раздельных переплетах RFr = 0,44 м2×°С/Вт, АF = 6,5м2.
3. Торцевая стенка из силикатного кирпича толщиной 380 мм Rwr = 0,6 м2×°С/Вт, Aw = 3,24 м2.
4. Непрозрачная часть ограждения балкона Rw = 0,81 м2×°С/Вт, Aw = 6,9 м2.
5. Однослойное остекление балкона RF = 0,18 м2×°С/Вт, AF = 10,33 м2.
Определим температуру воздуха на балконе tbal при расчетных температурных условиях по формуле (43)
tbal = [21(15/1,45 + 6,5/0,44) - 31×(10,33/0,18 + 6,9/0,81 + 3,24/0,60]/(15/1,45 +
+ 6,5/0,44 + 10,33/0,18 + 6,9/0,81 + 3,24/0,6) = -1683,06/96,425 = -17,45 °С.
По формуле (45) определим коэффициент п:
п = (21 + 17,45)/(21 + 31) = 0,739.
По формулам (44) получим уточненные значения приведенного сопротивления теплопередаче стен Rwbal и заполнений светопроемов RFbal сучетом остекления балкона:
Rwbal = 1,45/0,739 = 1,96 м2×°С/Вт;
RFbal = 0,44/0,739 = 0,595 м2×°С/Вт.
0150S10-08580
Рисунок У.1 - План (а),разрез (б)по сечению I-I плана и фасад (в)по сечению II-II остекленного балкона многоэтажного жилого здания
ПРИЛОЖЕНИЕ Ф
(рекомендуемое)
ПРИМЕР РАСЧЕТА ТЕПЛОУСТОЙЧИВОСТИ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ В ТЕПЛЫЙ ПЕРИОД ГОДА
Определить, удовлетворяет ли требованиям в отношении теплоустойчивости трехслойная железобетонная панель с утеплителем из пенополистирола на гибких связях с габаритными параметрами, принятыми по примеру расчета раздела 2 приложения Н.
Исходные данные
1. Район строительства - г. Ростов-на-Дону.
2. Средняя месячная температура наружного воздуха наиболее жаркого месяца (июля) согласно СНиП 23-01 text = 23 °С.
3. Максимальная амплитуда суточных колебаний температуры наружного воздуха согласно СНиП 23-01 At, ext = 19 °С.
4. Максимальное и среднее значения суммарной (прямой и рассеянной) солнечной радиации в июле при ясном небе для вертикальной поверхности западной ориентации согласно приложению Г Imax = 764 Вт/м2 и Iav = 184 Вт/м2.
5. Расчетная скорость ветра согласно СНиП 23-01 v = 3,6 м/с.
6. Теплотехнические характеристики материалов панели выбираются по условиям эксплуатации А согласно приложению Д:
для железобетонных слоев
l1 = l3 = 1,92 Вт/(м°×С),
s1 = s3 = 17,98 Вт/(м2×°С);
для пенополистирола
l2 = 0,041 Вт/(м×°С),
s2 = 0,41 Вт/(м2×°С).
Порядок расчета
1. Термические сопротивления отдельных слоев стеновой панели:
внутреннего железобетонного слоя
R1 = 0,1/1,92 = 0,052 м2×°С/Вт;
слоя пенополистирола
R2= 0,135/0,041 = 3,293 м2×°С/Вт;
наружного железобетонного слоя
R3 = 0,065/1,92 = 0,034 м2×°С/Вт.
2. Тепловая инерция каждого слоя и самой панели:
наружного железобетонного слоя
D1 = 0,052 · 17,98 = 0,935 < 1;
пенополистирола
D2 = 3,293 · 0,41 = 1,35;
внутреннего железобетонного слоя
D3 = 0,034×17,98 = 0,611;
всей панели
åDi = 0,935 + 1,35 + 0,611 = 2,896.
Поскольку тепловая инерция стеновой панели D < 4, то требуется расчет панели на теплоустойчивость.
3. Нормируемая амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности Atreq ограждающей конструкции определяется по формуле (46)
Аtreq = 2,5 - 0,1(23 - 21) = 2,3 °С.
4. Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности aext ограждающей конструкции по летним условиям определяется по формуле (48)
0150S10-08580
5. Расчетная амплитуда колебаний температуры наружного воздуха вычисляется по формуле (49)
At, extdes = 0,5×19 + [0,7(764 - 184)]/27,8 = 24,1 °С.
6. Коэффициент теплоусвоения наружной поверхности слоя Y cтепловой инерцией D < 1 определяется расчетом по формулам (51) и (52):
а) для внутреннего железобетонного слоя
Y1 = (R1s12 + aint)/(1 + R1aint) = (0,052×17,982 + 8,7)/(1 + 0,052×8,7) = 17,6 Вт/(м2×°С);
б) для среднего слоя из пенополистирола, имеющего D > 1, коэффициент теплоусвоения наружной поверхности слоя принимается равным коэффициенту теплоусвоения материала Y2 = s2 = 0,41 Вт/(м2×°С);
в) для наружного железобетонного слоя
Y3 = (R1s32 + Y2)/(1 + R3s2) = (0,034×17,982 + 0,41)/(1 + 0,034×0,41) = 11,24 Вт/(м2×°С).
7. Величина затухания расчетной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха в ограждающей конструкции вычисляется по формуле (47)
v = 0,9eD/Ö2[(s1+ aint)(s2 + Y1)(s3 + Y2)´(aext + Y3)]/[(s1 + Y1)(s2 + Y2)(s3 + Y3)aext] =
= 0,9e2,896/Ö2[(17,98 + 8,7)(0,41 + 17,6)´(17,98 + 0,41)(27,8 + 11,24)]/[(17,98 + 17,6)´
´(0,41 + 0,41)(17,98 + 11,24)27,8] = 101,56.
8. Амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности стеновой панели определяется по формуле (50)
Atdes = At,extdes/v = 24,1/101,56 = 0,24 < Аtreq = 2,3 °С,
что отвечает требованиям норм.
ПРИЛОЖЕНИЕ X
(рекомендуемое)
ПРИМЕР РАСЧЕТА МОЩНОСТИ ТЕПЛОАККУМУЛЯЦИОННОГО ПРИБОРА
Исходные данные
Определить мощность теплоаккумуляционного прибора, используемого для отопления помещения односемейного жилого дома, и определить тип этого прибора. Расчетная температура наружного воздуха - минус 22 °С. Расчетные теплопотери помещения Qh.ldes = 2500 Вт. Показатели теплоустойчивости помещения следующие: показатель теплоусвоения поверхностей Yn = 122,5 Вт/°С, показатель интенсивности конвективного воздухообмена в помещении L = 98,8 Вт/°С. Продолжительность зарядки теплоаккумулирующего прибора т = 8 ч. Расчетную разность температур Dtdes определяют по формуле (66), равную 20 - (-22) = 42 °С. Рассчитать мощность теплоаккумуляционного и дополнительного приборов для случая комбинированной системы отопления, состоящей из базовой (вне пиковой) теплоаккумуляционной системы и дополнительной постоянно работающей системы.
Порядок расчета
Мощность отопительного прибора определяется по формуле (64)
Qp.c = 2500(24/8) = 7500 Вт.
Подбор типа прибора производим по графику на рисунке 2, предварительно определив L/Yn = 98/122,5 = 0,81 и Qp.c/(LDtdes) = 7500/(98,8×42) = 1,81. В результате следует выбрать теплоаккумулирующий прибор с показателем затухания vc = 18.
Количество теплоты Qp.c,поступающей от теплоаккумуляционного прибора базовой системы, рассчитывают согласно 11.2.2.6 при расчетной температуре минус (-22 + 5) = 17 °С по формуле
Qp.c = Qh.ldes[tint - (text + 5)]/(tint - text) = 2500(20 + 17)/(20 + 22) = 2202 Вт.
Мощность дополнительного постоянно работающего прибора отопления Qb определяют по уравнению (65)
Qb = 2500 - 2202 = 298 Вт.
ПРИЛОЖЕНИЕ Ц
(рекомендуемое)