В зависимости от влажностного режима помещений и зон влажности.
ФГБОУ ВО « Курганская государственная сельскохозяйственная
академия им. Т.С. Мальцева»
Кафедра архитектуры и графики
О.Н.Зуева
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по выполнению теплотехнического расчета ограждающих конструкций
в курсовом проектировании для студентов
факультета промышленного и гражданского строительства
Лесниково 2016
Содержание
Введение……………………………………………………………..……...…….. | |
Основы и методика расчета……………………………………………………... | |
Примеры выполнения теплотехнических расчетов ограждающих конструкций……………………………………………………………………….. | |
Приложения………………………………………………………………….......... | |
Список литературы………………………………………………..……………… |
Методические указания предназначены для выполнения теплотехнического расчета ограждающих конструкций при выполнении курсового проектирования по дисциплинам «Основы архитектуры и строительных конструкций», «Архитектура зданий» и выпускных квалификационных работ заочной и очной формы обучения. Основной задачей расчета тепловой защиты зданий является проектирование ограждающей конструкции с учетом требований предъявляемых СНиП 23-02-2003(СП 50.13330.2012) «Тепловая защита зданий», СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий».
Данные методические указания касаются лишь вопроса теплопередачи в ограждениях и содержат основы теплотехнического расчета, а также примеры этого расчета и необходимые для него нормативные данные.
ВВЕДЕНИЕ
При проектировании наружных ограждающих конструкций зданий наряду с условиями статической работы и архитектурной формы этих конструкций, важное значение уделяется их теплотехническим характеристикам. Они должны удовлетворять следующим теплотехническим требованиям:
· обладать достаточными теплозащитными свойствами, предохраняя помещения от холодов в зимнее время и осенью, и защищать их от перегрева солнцем в летнее время;
· сохранять нормальный влажностный режим, учитывая, что увлажнение ограждения ухудшает его теплозащитные свойства и уменьшает долговечность;
· не иметь при эксплуатации на внутренней поверхности слишком низкой температуры во избежание образования на ней конденсата;
· обладать воздухопроницаемостью, не превосходящей допустимого предела, выше которого воздухообмен будет охлаждать помещение.
Нормами установлены три показателя тепловой защиты здания:
а) приведенное сопротивление теплопередаче отдельных элементов ограждающих конструкций здания должны быть не меньше нормируемых значений (поэлементное требование);
б) удельный расход тепловой энергии на отопление здания, позволяющий варьировать величинами теплозащитных свойств различных видов ограждающих конструкций зданий с учетом объемно-планировочных решений здания и выбора систем поддержания микроклимата для достижения нормируемого значения этого показателя (комплексное требование);
в) температура на внутренних поверхностях ограждающих конструкций должна быть не ниже минимально допустимых значений (санитарно-гигиеническое требование).
Требования тепловой защиты здания будут выполнены при одновременном выполнении вышеуказанных требований.
ОСНОВЫ И МЕТОДИКА РАСЧЕТА
Теплотехнический расчет заключается в определении толщины искомого слоя ограждения, при котором будет выполняться теплотехническое требование: Rопр.≥Rотр.(норм.).
В учебных целях приходится решать одну из двух задач:
- первая определить толщину ограждения или его слоя;
- вторая проверить возможность использования ограждения в заданных
условиях строительства.
Расчет выполняется в соответствии с СП 50.13330.2012 и СП 23-101-2004 в следующей последовательности (первая задача).
Поэлементные требования:
1) выбирают требуемые наружные климатические параметры;
2) выбирают параметры воздуха из условий комфортности внутри здания в зависимости от назначения здания;
3) разрабатывают или выбирают конструктивные решения наружных ограждений и определяют их теплотехнические характеристики;
4) определяют требуемое (нормируемое) сопротивление теплопередаче Rотр.(норм.) наружных стен, покрытий (чердачных перекрытий), цокольных перекрытий, в зависимости от градусо-суток отопительного периода климатического района строительства;
5) определение минимальной толщины слоя утеплителя;
6) определение приведенного сопротивления теплопередаче Rопр.ограждающей конструкции;
7) проверка выполнения условия: приведенное сопротивление теплопередаче должно быть больше требуемого (нормируемого).
Комплексное требование:определение нормируемого значения удельной теплозащитной характеристики здания (для жилых и общественных зданий). В курсовом проектировании согласно учебной программе это требование не ставиться перед учащимися.
Санитарно-гигиеническое требование: ограничение температуры и конденсации влаги на внутренней поверхности ограждающей конструкции.
При выполнении второй задачи рекомендуется следующая последовательность:
Поэлементные требования:
1) определяют требуемое (нормируемое) сопротивление теплопередаче Rотр.(норм.) наружных стен, покрытий (чердачных перекрытий), цокольных перекрытий, в зависимости от градусо-суток отопительного периода климатического района строительства;
2) определить приведенное сопротивление теплопередаче Rопр. заданной конструкции;
3) сравнить требуемое (нормируемое) сопротивление теплопередаче заданной конструкции с наибольшим по величине значением приведенного сопротивления теплопередаче;
4) делают заключение о соответствии данной конструкции условиям эксплуатации.
Теплотехническому расчету в учебных целях в курсовом проектировании по дисциплинам «Основы архитектуры и строительных конструкций», «Архитектура зданий» и выпускных квалификационных работ подлежат наружные стены, чердачные перекрытия, покрытия.
1. 1 Поэлементные требования:
1.1 Параметры наружных климатических условий.
Согласно заданию на проектирование и района строительства по приложению А или СП 131.13330.2012 «Строительная климатология» принимается температура наружного воздуха tн°С со средней температурой наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 согласно СНиП 23-01. Продолжительность отопительного периода zот., сут, и среднюю температуру наружного воздуха, tот.°С , со средней суточной температурой воздуха воздуха не более 8°С.
1.2 Параметры внутренней среды.
1.2.1 Параметры воздуха внутри жилых и общественных зданий из условия комфортности следует определять согласно таблице 1 - для холодного периода года, зданий производственного назначения следует принимать для курсового проектирования температуру внутреннего воздуха - 16°-23°С, относительную влажность - 30%-75% в зависимости от технологического процесса здания и количества работающих мест в смену. Параметры внутреннего воздуха и относительной влажности производственных зданий следует принимать согласно ГОСТ 12.1. 005 и норм проектирования соответствующих зданий.
Таблица 1 - Оптимальная температура и допустимая относительная влажность воздуха внутри здания для холодного времени года
#G0N п.п. | Тип здания | Температура воздуха внутри здания, tв °С | Относительная влажность внутри здания, φотн. %, не более |
Жилые | 20-22 | ||
Поликлиники и лечебные учреждения | 21-22 | ||
Дошкольные учреждения | 22-23 | ||
Примечания 1 Для зданий, не указанных в таблице, температуру воздуха tв, относительную влажность φотн воздуха внутри зданий и соответствующую им температуру точки росы следует принимать согласно #M12291 1200003003ГОСТ 30494#S и нормам проектирования соответствующих зданий. 2 Параметры микроклимата специальных общеобразовательных школ-интернатов, детских дошкольных и оздоровительных учреждений следует принимать в соответствии с действующими санитарными правилами и нормами Министерства здравоохранения. |
1.2.2 Обеспеченность условий эксплуатации ограждающих конструкций следует устанавливать в зависимости от влажностного режима помещений и зон влажности следующим образом:
- определяют по карте зону влажности (влажная, нормальная, сухая) согласно приложению Б#M12291 1200035109#S; при этом в случае попадания пункта на границу зон влажности следует выбирать более влажную зону;
- определяют влажностный режим помещений (сухой, нормальный, влажный или мокрый) в зависимости от расчетной относительной влажности и температуры внутреннего воздуха в соответствии с таблицей 2#M12#S.
Таблица 2 - Влажностный режим помещений зданий
Режим | Влажность внутреннего воздуха, %, при температуре | ||
до 12°С | св. 12 до 24°С | св. 24°С | |
Сухой | До 60 | До 50 | До 40 |
Нормальный | Св. 60 до 75 | Св. 50 до 60 | Св. 40 до 50 |
Влажный | Св. 75 | Св. 60 до 75 | Св. 50 до 60 |
Мокрый | - | Св. 75 | Св. 60 |
1.3 Разрабатывают или выбирают конструктивные решения наружных
ограждений и определяют их теплотехнические характеристики.
Условия эксплуатации ограждающих конструкций А или Б в зависимости от влажностного режима помещений и зон влажности района строительства для выбора теплотехнических показателей материалов наружных ограждений следует устанавливать по таблице 3. Зоны влажности территории России следует принимать по приложению Г.
Таблица 3 - Условия эксплуатации ограждающих конструкций
в зависимости от влажностного режима помещений и зон влажности.
Влажностный режим помещений (по таблице 2) | Условия эксплуатации А и Б в зонах влажности (по приложению Б) | ||
сухой | нормальный | влажный | |
Сухой | А | А | Б |
Нормальный | А | Б | Б |
Влажный или мокрый | Б | Б | Б |
Расчетные теплотехнические характеристики, наиболее часто применяемых строительных материалов и конструкций, приведены в приложении В и таблицах СП 23-101-2004. К ним относятся:
- плотность r кг/м ;
- коэффициент теплопроводности λ, Вт/ (м2 ∙оС);
- термическое сопротивление воздушных прослоек Rв.п., (м2· оС)/Вт;
- требуемое (нормируемое) сопротивление теплопередаче, Rо тр.(норм.), (м2· оС)/Вт.
Допускается расчетные теплотехнические показатели эффективных теплоизоляционныхматериалов (минераловатных, стекловолокнистых и полимерных), а также материалов, не приведенных в СП 23-101-2004, принимать по результатам теплотехнических испытаний, проведенными аккредитованными испытательными лабораториями.
1.4 Определение требуемое (нормируемое) сопротивление теплопередаче
R отр. (норм.) наружных стен, покрытий (чердачных перекрытий), цокольных
перекрытий.
Требуемое (нормируемое) значениесопротивления теплопередаче ограждающих конструкций R тр. (м2 °С/Вт), следует принимать в зависимости от градусо-суток отопительного периода, (ГСОП), °С сут./ год и определять по таблице 4.
Градусо-сутки отопительного периода (ГСОП) следует определять по формуле:
ГСОП = (tВ – tОТ. ПЕР.) zОТ. ПЕР., (1)
где tВ – расчетная температура воздуха внутри зданий для холодного периода года, приведенных в таблице 1 методических указаний;
tОТ. ПЕР., zОТ. ПЕР. – средняя температура, °С, и продолжительность, сут, периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8 °С по приложению А или СП 50-13330.2012.
Таблица 4- Требуемое (нормируемое) значение сопротивления теплопередаче
ограждающих конструкций, (м2 ∙ °С/Вт)
Здания и помещения | Градусо сутки отопительного периода,°С·сут | Нормируемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций RТРо, м2 ×°С/Вт | ||
стен | покрытий и перекрытий над проездами | перекрытий чердачных, над холодными подпольями и подвалами | ||
1.Жилые, лечебнопрофилактические и детские учреждения, школы, интернаты. | 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 | |
а в | - - | 0,00035 1,4 | 0,0005 2,2 | 0,00045 1,9 |
2.Общественные, кроме указанных выше, административные и бытовые, производственные и другие здания и помещения с влажным или мокрым режимом | 1,8 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 | |
а в | - - | 0,0003 1,2 | 0,0004 1,6 | 0,00035 1,3 |
3.Производственные с сухим и нормальным режимами | 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 | |
а в | - - | 0,0002 1,0 | 0,00025 1,5 | 0,0002 1,0 |
Значения RТР для величин ГСОП, отличающихся от табличных, следует определять по формуле: Rотр=а*ГСОП+в ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() |
1.5 Для производственных зданий с избытками явной теплоты более 23 Вт/м и зданий, предназначенных для сезонной эксплуатации (осенью или весной), а также зданий с расчетной температурой внутреннего воздуха 12 °С и ниже, приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций (за исключением светопрозрачных) R0пр., м
·°С/Вт, следует принимать не менее значений, определяемых по формуле:
(2),
где п – коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной
поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху по
таблице 5 [таблица 6 СП 50-13330.2012 «Тепловая защита зданий»];
tВ – расчетная температура внутреннего воздуха, °С, принимаемая согласно
таблице 1, ГОСТ 12.1.005-88 или нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений;
tН – расчетная зимняя температура наружного воздуха, °С, равная средней
температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по
приложению А или СП 131-13330.2012;
DtН – нормативный температурный перепад между температурой внутреннего
воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции,
принимаемых по таблице 6 [таблица 5 СП 50-13330.2012];
aВ – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих
конструкций, принимаемый по таблице 7 [таблица 7 СП 50-13330.2012].
Таблица 5- Коэффициент, учитывающий зависимость положения ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху
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 (без ограждающих стенок) подпольями в Северной строительно-климатической зоне | |
2 Перекрытия над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом; перекрытия чердачные (с кровлей из рулонных материалов); перекрытия над холодными (с ограждающими стенками) подпольями и холодными этажами в Северной строительно-климатической зоне | 0,9 |
3 Перекрытия над неотапливаемыми подвалами со световыми проемами в стенах | 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 |
Примечание - Для чердачных перекрытий теплых чердаков и цокольных перекрытий над подвалами с температурой воздуха в них ![]() ![]() | |
Таблица 6- Нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции.
Здания и помещения | Нормируемый температурный перепад D t Н, °С, для | |||
наружных стен | покрытий и чердачных перекрытий | перекрытий над проездами, подвалами и подпольями | зенитных фонарей | |
1 Жилые, лечебно-профилактические и детские учреждения, школы, интернаты. | 4,0 | 3,0 | 2,0 | (tВ – tР) |
2 Общественные, кроме указанных в п. 1, административные и бытовые, за исключением помещений с влажным или мокрым режимом. | 4,5 | 4,0 | 2,5 | (tВ – tР) |
3 Производственные с сухим и нормальным режимами | tВ – tР , но не более 7 | 0,8 (tВ – tР), но не более 6 | 2,5 | (tВ – tР) |
4 Производственные и другие помещения с влажным или мокрым режимом. | (tВ – tР) | 0,8 (tВ – tР) | 2,5 | не нормируется |
5 Производственные здания со значительными избытками явного тепла (более 23 Вт/м.куб.) и расчетной относительной влажностью внутреннего воздуха не более 50% | 2,5 | (tВ – tР) | ||
Обозначения, принятые в таблице 6: tВ - то же, что в формуле (1) и (2); tР - температуры точки росы, °С, при расчетной температуре и относительной влажности внутреннего воздуха принимаемым по приложению В или СанПин2.1.2.2645 ГОСТ 12.1.005-88 и СанПин 2.2.548, СП 60.13330 и нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений. Примечание – Для зданий картофеле- и овощехранилищ нормируемый температурный перепад D tН, °С для наружных стен, покрытий и чердачных перекрытий следует принимать по СП 109.13330 |
Таблица 7- Коэффициенты теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции.
Внутренняя поверхность ограждающих конструкций | Коэффициент теплоотдачи aВ, Вт/(м2×°С) | |
Стен, полов, гладких потолков, потолков с выступающими ребрами при отношении высоты h ребер к расстоянию а между гранями соседних ребер ![]() | 8,7 | |
Потолков с выступающими ребрами при отношении ![]() | 7,6 | |
Зенитных фонарей | 9,9 | |
Примечание –Коэффициент теплоотдачи aВ внутренней поверхности ограждающих конструкций животноводческих и птицеводческих зданий следует принимать в соответствии с СП 106.13330.2012.Животноводческие, птицеводческие и звероводческие здания и помещения. |
Таблица 8- Коэффициенты теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции.
Наружная поверхность ограждающих конструкций | Коэффициент теплоотдачи для зимних условий aн, Вт/(м2×°С) |
1 Наружных стен, покрытий, перекрытий над проездами и над холодными (без ограждающих стенок) подпольями в Северной строительно-климатической зоне | |
2 Перекрытий над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом, перекрытий над холодными (с ограждающими стенками) подпольями и холодными этажами в Северной строительно-климатической зоне | |
3 Перекрытий чердачных и над неотапливаемыми подвалами со световыми проемами в стенах, а также наружных стен с воздушной прослойкой, вентилируемой наружным воздухом | |
4 Перекрытий над неотапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенных выше уровня земли, и над неотапливаемыми техническими, подпольями, расположенными ниже уровня земли |
1.6Приведенное сопротивление теплопередаче фрагмента теплозащитной оболочки здания (или любой выделенной ограждающей конструкции),Rопр. (м2·°С)/Вт, рассчитывается в соответствии с пунктами методических указаний.
При расчете приведенного сопротивления теплопередаче, коэффициенты теплоотдачи внутренних поверхностей ограждающих конструкций следует принимать в соответствии с таблицей 7, а коэффициенты теплоотдачи наружных поверхностей - в соответствии с таблицей 8.
1.6.1 Термическое сопротивление R, м2 ×°С/Вт, слоя многослойной ограждающей конструкции, а также однородной (однослойной) ограждающей конструкции следует определять по формуле:
, (3)
где d – толщина слоя (м);
l – расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м ×°С), принимаемый по приложению В.
1.6.2 Термическое сопротивление RК, м°·С/Вт, ограждающей конструкции с последовательно расположенными однородными слоями следует определять как сумму термических сопротивлений отдельных слоев по формуле:
,(4)
где R1, R2, ..., Rn – термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, м2·°С/Вт, определяемые по формуле (3);
RВ.П. – термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки, принимаемое по приложению Д.
1.6.3 Приведенное сопротивление теплопередаче R0пр фрагмента теплозащитной оболочки здания рассчитывается по формуле:
R0пр , (5)
где aВ – то же, что в формуле (2);
RК – термическое сопротивление ограждающей конструкции, м ·°С/Вт, с последовательно расположенными однородными слоями следует определять как сумму термических сопротивлений отдельных слоев по формуле (4)
aН – коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности
ограждающей конструкции, Вт/(м2·°С), принимаемый по таблице 8.
При наличии в ограждающих конструкциях замкнутых воздушных прослоек рекомендуется руководствоваться следующими положениями:
– размер прослойки по высоте не должен превышать высоту этажа и быть не более 6 м; размер по толщине – не менее 60 мм и не более 100 мм;
– воздушную прослойку необходимо располагать ближе к холодной стороне ограждения.
Когда в ограждающих конструкциях имеются вентилируемые наружным воздухом прослойки, слои конструкции, расположенные между воздушной прослойкой и наружной поверхностью ограждающей конструкции, при определении термического сопротивления ограждающей конструкции не учитываются. Величина коэффициента теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции (αн) в этом случае принимается равной 10,8 Вт/(м2∙°С).
1.6.4 Для ограждающих конструкций (отдельных её слоёв), в которых материал неоднороден как в направлении параллельном, так и в направлении перпендикулярном тепловому потоку (пустотные плиты перекрытий и покрытий, облегчённая кирпичная кладка колодцевого типа с теплоизоляционным слоем и т. д.) определяют приведенное термическое сопротивление R следующим образом:
а) плоскостями, параллельными направлению теплового потока, ограждающая конструкция (или часть ее) условно разрезается на участки, из которых одни участки могут быть однородными (однослойными) – из одного материала, а другие неоднородными – из слоев различных материалов, и термическое сопротивление ограждающей конструкции Ra, м2·°С/Вт, определяется по формуле:
(6)
где F1, F2, .., Fn – площади отдельных участков конструкции (или части ее), м2;
R1, R2, ..., Rn – термические сопротивления указанных отдельных участков
конструкции, определяемые по формуле (3) для однородных участков и по
формуле (5) для неоднородных участков;
б) плоскостями, перпендикулярными направлению теплового потока, ограждающая конструкция (или часть ее, принятая для определения Ra) условно разрезается на слои, из которых одни слои могут быть однородными – из одного материала, а другие неоднородными – из однослойных участков разных материалов. Термическое сопротивление однородных слоев определяется по формуле (3), неоднородных слоев – по формуле (6) и термическое сопротивление ограждающей конструкции Rб – как сумма термических сопротивлений отдельных однородных и неоднородных слоев – по формуле (4). Приведенное термическое сопротивление ограждающей конструкции следует определять по формуле:
, (7)
Если величина Ra превышает величину Rб более чем на 25 % или ограждающая конструкция не является плоской (имеет выступы на поверхности), то приведенное термическое сопротивление R такой конструкции следует определять на основании расчета температурного поля согласно приложения М (СП 23.101-2004).
1.6.5Для плоских стеновых панелей заводского изготовления и кирпичных стен приведенное сопротивление теплопередаче определяют по формуле:
R ПРo = Rоусл ·r, (8)
где Rоусл – сопротивление теплопередаче, условно определяемое по формулам (4)
и (5) без учета теплопроводных включений, м2·°С/Вт;
r –коэффициент теплотехнической однородности -го участка ограждающей конструкции, учитывающий влияние стыков, откосов проемов, обрамляющих ребер, гибких связей и других теплопроводных включений, определяемый по 9.1.5, 9.1.6 [СП50.13330.2012] или по приложению Ж.
Коэффициент теплотехнической однородности r ограждающих конструкций должен быть не менее значений, приведенных в таблице 9.
Для кирпичных стен жилых зданий коэффициент теплотехнической однородности принимается не менее:
- 0,74 при толщине стены 510 мм;
- 0,69 при толщине стен 640 мм;
- 0,64 при толщине стены 780 мм.
Таблица 9
Ограждающая конструкция | Коэффициент r | |
Из однослойных легкобетонных панелей | 0,90 | |
Из легкобетонных панелей с термовкладышами | 0,75 | |
Из трехслойных железобетонных панелей с эффективным утеплителем и гибкими связями | 0,70 | |
Из трехслойных железобетонных панелей с эффективным утеплителем и железобетонными шпонками или ребрами из керамзитобетона | 0,60 | |
Из трехслойных железобетонных панелей с эффективным утеплителем и железобетонными ребрами | 0,50 | |
Из трехслойных металлических панелей с эффективным утеплителем | 0,75 | |
Из трехслойных асбоцементных панелей с эффективным утеплителем | 0,70 |