Расчет сопротивления теплопередачи ограждающей конструкции.

Примеры расчета ограждающих конструкций

с заданием к РГР

Учебно-методические указания по курсу

«Строительная физика и теплофизика»

(Для студентов направления подготовки 270800.62 «Строительство», профиль подготовки 270102 «Промышленное и гражданское строительство», 270105 «Городское строительство и хозяйство», (всех форм обучения), квалификация – бакалавр)

Сочи . РИЦ ФГБОУ ВПО «СГУ». 2015

УДК 666.921

Должикова Е.Н., Должиков В.Н.

Примеры расчета ограждающих конструкций с заданием к РГР-

учебно-методические указанияпо курсу «Строительная физика и теплофизика» / Е.Н.Должикова, В.Н.Должиков – РИЦ ФГБОУ ВПО «СГУ», 2015.- 22 с.

Учебно-методические указания разработаны в соответствии с типовой программой дисциплины «Строительная физика и теплофизика» для студентов направления подготовки 270800.62 «Строительство», профиль подготовки 270102 «Промышленное и гражданское строительство», 270105 «Городское строительство и хозяйство», (всех форм обучения), квалификация – бакалавр.

В методических указаниях приводятся задания и примеры расчетов ограждающих конструкций зданий по разделу «Строительная теплотехника» с учетом нормативных требований СНиП 23-02-03 “Тепловая защита зданий”.

С О Д Е Р Ж А Н И Е стр.

1. Общие положения…….………………………………………………….4

2. Примеры расчета ограждающих конструкций зданий по разделу «Строительная теплотехника»…………………………….. ……………….5

2.1. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций ………….5

2.2. Расчет ограждающих конструкций на воздухопроницание … .15

2.3. Расчет ограждающих конструкций на паропроницание..……....18

3. Задания к РГР по строительной физике и тепло-физике …………… .21

4. Контрольные вопросы по разделу «Строительная теплотехника».. .27 Литература……………………………………………………………….29

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Строительная физика – это наука, обеспечивающая комфортность проживания и жизнедеятельности людей в зданиях с помощью применения соответствующих ограждающих конструкций.

В зависимости от задач, которые решаются с помощью строительной физики, последняя подразделяется на строительную теплотехнику, строительную светотехнику, строительную акустику, строительную климатологию.

Строительная теплофизика изучает процессы передачи теплоты, переноса влаги, фильтрации воздуха применительно к строительным конструкциям.

В основном строительная теплофизика изучает процессы, происходящие на поверхностях и в толще ограждающих конструкций здания.

В задачу строительной теплотехники входит решение вопросов

проектирования наружных ограждающих конструкций, обеспечивающих оптимальный температурно-влажностный режим внутри зданий и

сооружений.

Обеспечить оптимальные условия светового режима внутри помещений позволяет строительная светотехника.

Решение вопросов, связанных с проектированием оптимальной звукоизоляции в зданиях путем применения надлежащих ограждающих конструкций, решается с помощью строительной акустики. Разрабатываются методы и способы защиты городской застройки от различных шумов архитектурно-планировочными и конструктивными мерами.

Для решения практических задач строительная физика разрабатывает соответствующие нормативы и методы расчета и проектирования

ограждающих конструкций, благодаря которым обеспечивается выполнение ограждающими конструкциями нормируемых требований по тепловой защите зданий, звукоизоляции и освещенности помещений.

С целью закрепления теоретических знаний, полученных студентами в процессе лекционного курса, разработаны настоящие методические указания, в которых рассматриваются соответствующие примеры расчета

ограждающих конструкций по разделу «Строительная теплофизика»,

позволяющие студентам самостоятельно выполнять теплотехнические расчеты согласно приведенным в данном указании заданиям.

Номер варианта (шифра) для выбора задания должен соответствовать номеру исполнителя в списке учебной группы.

Отчет по расчету ограждающих конструкций может быть представлен как в печатном, так и в рукописном виде на листах формата А4.

2. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ ПО РАЗДЕЛУ «СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕПЛОТЕХНИКА»

В одну из задач строительной теплотехники входит:

- обеспечение тепловой защиты зданий в зимний период времени с помощью соответствующих ограждающих конструкций;

- проверка выполнения санитарно-гигиенических требований тепловой защиты здания;

- изучение процессов изменения температуры по толщине ограждения.

2.1. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций

Пример 1

Расчет сопротивления теплопередачи ограждающей конструкции.

Исходные данные

1) Район строительства: город Москва.

а) характеристика района строительства:

· расчетная температура наружного воздуха в холодный период года, ⁰ С, принимаемая равной температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по СП 131.13330.2012 [3] или СНиП 23-01-99*:

;

· средняя температура наружного воздуха отопительного периода со среднесуточной температурой воздуха меньше ,определяемой по [3]: ;

· продолжительность отопительного периода со среднесуточной температурой воздуха меньше по[3]:

суток;

· зона влажности, определяемая по приложению В [1]:

нормальная;

б) назначение здания: Административное (архив).

· температура внутреннего воздуха, определяемая по нормам проектирования соответствующих зданий:

;

· влажность внутреннего воздуха, определяемая по нормам проектирования соответствующих зданий или по [1]:

;

в) влажностный режим помещения определяем по таблице 1 [1]: нормальный;

г) условия эксплуатации ограждающей конструкции определяем по таблице 2 [1] - Б;

д) конструкция стены приведена на рисунке 1.

Рис. 1 Конструкция стены:

1- штукатурка; 2 – кирпичная кладка; 3 – утеплитель; 4 – воздушная прослойка; 5 - кирпичная кладка; 6 – анкер.

^{0,02 0,38} х ^{0,02 0,12}

Таблица 1

Теплотехнические характеристики материала стены

Наименование материал	теплотехнические характеристики
δ, толщина, м	ρ, плотность, кг/м3	λ,(прил. Д из [2]) коэффициент теплопроводности для условия эксплуатации Б
1. Штукатурка из цементно-песчаного раствора	0,02		0,93
2.Кирпичная кладка из кирпича керамического пустотного на цементно-песчаном растворе	0,38		0,64
3. Утеплитель - минераловатные маты прошивные на синтетическом связующем	X		0,07
4. Воздушная прослойка (не вентилируемая)	0,02	_
5. Кирпичная кладка из одинадцатипустотного силикатного кирпича	0,12		0,64

2) Теплотехнический расчет наружного ограждения:

· определяем градусы-сутки отопительного периода

· определяем нормированное сопротивление теплопередачи

;

коэффициенты a и b определяем по таблице 4 п.2[1] для административных зданий, здесь: ; ;

(м^{2 . 0}С/Вт); (м^{2 . 0}С/Вт);

· определяем необходимую толщину теплоизоляционного слоя

, где α_int - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, определяемой по таблице 7 [1];

α_ext - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции, определяемой по таблице 8 [2];

R_al - термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойкой.

По конструктивным соображениям принимаем

Фактическое сопротивление теплопередачи равно

< - условие выполняется.

2.1.2 Проверка выполнения санитарно-гигиенических требований

тепловой защиты здания

Расчетный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции не должен превышать нормируемых величин ;

≤

· определяем нормируемый температурный перепад по таблице 5 [1]:

· определяем расчетный температурный перепад:

определяем по таблице 6 [1];

1,95<4,0 – удовлетворяет условию.

· проверка возможности выпадения конденсата на внутренней поверхности стены:

Температура внутренней поверхности ограждающей конструкции должна быть не менее температуры точки росы.

Наиболее вероятное появление конденсата влаги у наружных углов стены, где температура _у всегда ниже, чем на других участках внутренней поверхности ограждения .

Температура внутренней поверхности без теплопроводного включения определяется по формуле:

Температура внутренней поверхности у наружных углов стены определяется по формуле:

) = (t_int−t_ext)×(0,18−0,036 ∙ ), откуда

= − (t_int−t_ext)×(0,18−0,036∙ ).

=16,05 – (18 – ( −25))×(0,18 – 0,036 ∙ 2,54) = 12,24^о С

Температуру точки росы t_d определяем по приложению Р [2] в зависимости от t_int = 18⁰ C и абсолютной влажности воздуха _int = 50%

или по формуле t_d =20,1 – (5,75 – 0,00206 ∙ е_int)², здесь

е_int − действительная упругость водяного пара воздуха в помещении,

которую определяем по формуле

здесь

− максимальная упругость водяного пара определяется по приложению С [2].

t_d =20,1 – (5,75 – 0,00206 ∙ 1032,0)² = 6,7⁰ С

Условие 12,24^о С 6,7 ⁰ С

выполняется, следовательно, выпадение конденсата на внутреннюю поверхность стены у наружных углов не произойдет.

· подбор оконного заполнения.

Требуемое приведенное сопротивление для окна

, определяем по таблице 4 [1];

.

Для заданных климатических условий можно применить двухслойные стеклопакеты в деревянных или пластмассовых переплётах с твердым селективным покрытием внутреннего стекла.

Пример 2

Для наружной стены жилого дома в городе Пермь определить толщину утеплителя и выполнение санитарно-гигиенических требований тепловой защиты здания. Найти тепловые потери через ограждение размером 4х6 (м²). Вычислить температуру между слоями ограждения.

Исходные данные

Стена состоит из штукатурки из известково-песчаного раствора толщиной 15мм, кирпичной кладки из керамического пустотного кирпича = 1200 кг/м³ толщиной 380мм, утеплителя из пенополистирольных плит плотностью = 100 кг/м³, кирпичной кладки из облицовочного керамического кирпича толщиной 120 мм и плотностью =1600 кг/м³.

Характеристика района строительства

Зона влажности – нормальная.

Продолжительность отопительного периода = 225 суток .

Средняя расчетная температура отопительного периода = –5,5ºС.

Температура наиболее холодной пятидневки = –35ºС.

Температура внутреннего воздуха = + 21º С;

Влажность внутреннего воздуха = 55 %;

Влажностный режим помещения – нормальный.

Условия эксплуатации ограждающих конструкций – Б.

Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения

= 8,7 Вт/м² °С.

Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения

= 23 Вт/м²·°С.

Порядок расчета

Определяем величину градусо-суток отопительного периода по формуле (2) [1]

= ( 21–(–5,5 )·225 = 5962,5ºС^.сут.

Нормируемое сопротивление теплопередаче наружных стен

вычисляем по формуле (1) [1] при значениях коэффициентов = 0,00035 и = 1,4

=0,00035·5962,5 + 1,4 =3,487 м²· °С/Вт.

Для наружных стен из кирпича с утеплителем следует принимать приведенное сопротивление теплопередаче с учетом коэффициента

теплотехнической однородности , который для стен толщиной 510 мм равен 0,74 (п.8,17 [8]), т.е.,

= ,

где – общее сопротивление теплопередаче ограждения, м²· °С/Вт.

Расчет ведется из условия равенства = , следовательно,

= = = 4,712 м²· °С /Вт.

Теплотехнические показатели материалов стены определяем по приложению (Д) [1], а расчетное сопротивление по формуле и сводим их в таблицу.

Таблица 2

Теплотехнические характеристики материала стены.

№ п/п	Наименование материала	, кг/м3	, м	,Вт/(м·°С)	, м2·°С/Вт
	Известково-песчаный раствор		0,015	0,81	0,019
	Кирпичная кладка из керамического пустотного кирпича		0,380	0,52	0,731
	Плиты пенополистирольные		х	0,052	-
	Кирпичная кладка из керамического пустотного кирпича (облицовочного)		0,120	0,52	0,231
				Итого:	0,981

Общее термическое сопротивление стены без учета утеплителя

составляет :

=м²·°С/Вт.

Определяем термическое сопротивление утеплителя

= 4,712 – 1,139 = 3,573 м²·°С/Вт.

Находим толщину утеплителя

Ри

= · = 0,052·3,573 = 0,185 м.

Принимаем толщину утеплителя 200 мм, тогда R_ут= м²·°С/Вт.

Окончательная толщина стены будет равна (380+200+120) = 700 мм

Определяем общее фактическое сопротивление теплопередаче

ограждения с учетом принятой толщины утеплителя:

1,139+ =1,139+3,846= 4,985 ·°С/Вт.

Рассчитываем фактическое приведенное сопротивление

теплопередачи =

= 4,985 · 0,74 = 3,689 м²· °С/Вт.

Условие, = 3,689 > , = 3,487 м²· °С/Вт, выполняется.

Проверка выполнения санитарно-гигиенических требований

тепловой защиты здания

I. Проверяем выполнение условия .

По формуле (4) [1] определяем

= º С.

Согласно табл. 5 [1] = 4°С, следовательно, условие,

= 1,75 < = 4ºС,выполняется.

II. Проверяем выполнение условия

= º С.

Согласно приложению (Р) [2] при температуре внутреннего

воздуха = 21º С и относительной влажности = 55 % температура

точки росы = 11,62º С, следовательно, условие, 11,62ºС

выполняется.

Вывод: Ограждающая конструкция удовлетворяет нормативным требованиям тепловой защиты здания.