Теплотехнический расчет наружных ограждений

Содержание работы

Задание: Запроектировать системы естественной вентиляции и водяного отопления жилого 3-этажного (с высотой этажа 3 м) односекционного здания, расположенного в городе N (см. прил. 1 ) с температурой теплоносителя t_Г=95°С и t_О=70°С. Исходные данные по вариантам приведены в таблице прил. 1, планы типовых этажей в прил. 2,

конструкции наружных стен, рекомендуемые к проектированию в прил. 3.

Требуется:

1. Выполнить теплотехнический расчет изображенной на рисунке прил. 3 наружной стены жилого дома и установить значения ее коэффициента теплопередачи, подобрать конструкцию оконного проема и его сопротивление теплопередаче.

2. Рассчитать теплопотери через наружные ограждающие конструкции для всех жилых комнат.

3. Определить тепловую нагрузку системы отопления для всех жилых комнат 2-го этажа.

Требуется графически изобразить :

1 . На плане типового этажа в масштабе 1 : 100 показать размещение жалюзийных решеток, вентиляционных каналов, отопительных приборов, стояков системы отопления с их условным обозначением и нумерацией.

2. На плане подвала здания в масштабе 1 : 100 показать ввод тепловой сети, индивидуальный тепловой пункт, магистральный трубопровод, размещение стояков системы отопления с их условным обозначением и нумерацией.

3. Для систем отопления с верхней разводкой магистралей на плане чердака здания в масштабе 1 : 100 показать магистральный трубопровод, размещение стояков системы отопления, проточные воздухосборники, вентили с их условным обозначением и нумерацией.

4. Вычертить в масштабе 1 : 100 аксонометрические схемы водяной системы отопления и системы вентиляции жилого здания.

Теплотехнический расчет наружных ограждений

Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций жилых зданий должно быть не менее требуемого сопротивления теплопередаче исходя из условий энергосбережения R₀^тр.

R₀^тр определяется по [СП 50.13330.2012 Таблица 3] или табл. 1 в зависимости от значения градусо-суток отопительного периода D_d, а приведенное сопротивление теплопередаче окон по ГОСТ 30674-99 (Таблица 2) или табл. 2 настоящего издания.

Градусо-сутки отопительного периода определяются по формуле:

D_d=(t_в – t _{от. п.} ) ∙Z_{от. п}. , ( 1 )

где t_в – расчетная температура внутреннего воздуха, ^оС;

t_{от. п.} и Z_от.п. , –соответственно средняя температура, _оС , за отопительный период и продолжительность, в сут. , периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8 ^оС, определяются по прил. 1.

Значения требуемого сопротивления теплопередаче для величин D_d, отличающиеся от табличных, следует определять по зависимости

R₀^тр= a∙D_d + b (2)

где а, b – коэффициенты, значения которых следует принимать по данным табл. 1 за исключением столбца 6. Для окон, балконных дверей, витрин и витражей в интервале до 6000 °С∙сут: а=0, 000075, b=0, 15; в интервале 6000 – 8000 °С∙ сут: а=0, 00005 , b=0, 3; для 8000 °С∙ сут и более: а=0, 000025, b=0, 5.

Величина фактического сопротивления теплопередачи R_о, (м² С)/Вт, определяется в соответствии с принятой конструкцией ограждения по формуле

R_о = R_в + R_к + R_н, (3)

где R_в=1/α_в – сопротивление теплоотдаче внутренней поверхности, (м²∙^оС)/Вт;

α_в – коэффициент теплоотдачи к внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимается по [СП 50.13330.2012 Таблица 4], для стен, полов и гладких потолков α_в =8, 7 Вт/(м² ∙^оС)

Коэффициенты теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции

Внутренняя поверхность ограждения	Коэффициент теплоотдачи αв, Вт/(м ·°С)
1 Стен, полов, гладких потолков, потолков с выступающими ребрами при отношении высоты ребер к расстоянию , между гранями соседних ребер 0,3	8,7
2 Потолков с выступающими ребрами при отношении 0,3	7,6
3 Окон	8,0
4 Зенитных фонарей	9,9
Примечание - Коэффициент теплоотдачи αв внутренней поверхности ограждающих конструкций животноводческих и птицеводческих зданий следует принимать в соответствии с СП 106.13330.

R_н=1/α_н – сопротивление теплоотдаче наружной поверхности ограждающей конструкции, (м² ∙ °С)/Вт;

α_н – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции, определяемый по [СП 50.13330.2012 Таблица 6] для наружных стен и бесчердачных перекрытий α_н =23 Вт/(м²∙°С); для чердачных перекрытий α_н =12 Вт/(м² ∙^оС); для перекрытий над неотапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенных выше уровня земли, α_н=6 Вт/(м² ∙^оС);

R_к – термическое сопротивление ограждающей конструкции с последовательно расположенными однородными слоями, (м²∙°С)/Вт.

Коэффициенты теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции

Наружная поверхность ограждающих конструкций	Коэффициент теплоотдачи для зимних условий, αн, Вт/(м ·°С)
1 Наружных стен, покрытий, перекрытий над проездами и над холодными (без ограждающих стенок) подпольями в Северной строительно-климатической зоне	23
2 Перекрытий над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом, перекрытий над холодными (с ограждающими стенками) подпольями и 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 и техническими, подпольями, не вентилируемых наружным воздухом	6

Таблица 1 - Базовые значения требуемого сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций

Здания и помещения, коэффициенты a и b	Градусо-сутки отопительного периода, °С·сут/год	Базовые значения требуемого сопротивления теплопередаче R0тр, (м ·°С)/Вт, ограждающих конструкций
		Стен	Покрытий и перекрытий над проездами	Перекрытий чердачных над неотапливаемыми подпольями и подвалами	Окон и балконных дверей, витрин и витражей	Фонарей
1 Жилые, лечебно- профилактические и детские учреждения, школы, интернаты, гостиницы и общежития		2,1	3,2	2,8	0,3	0,3
		2,8	4,2	3,7	0,45	0,35
		3,5	5,2	4,6	0,6	0,4
		4,2	6,2	5,5	0,7	0,45
		4,9	7,2	6,4	0,75	0,5
		5,6	8,2	7,3	0,8	0,55
a	-	0,00035	0,0005	0,00045	-	0,000025
b	-	1,4	2,2	1,9	-	0,25
2 Общественные, кроме указанных выше, административные и бытовые, производственные и другие здания и помещения с влажным или мокрым режимом		1,8	2,4	2,0	0,3	0,3
		2,4	3,2	2,7	0,4	0,35
		3,0	4,0	3,4	0,5	0,4
		3,6	4,8	4,1	0,6	0,45
		4,2	5,6	4,8	0,7	0,5
		4,8	6,4	5,5	0,8	0,55
a	-	0,0003	0,0004	0,00035	0,00005	0,000025
b	-	1,2	1,6	1,3	0,2	0,25
3 Производственные с сухим и нормальным режимами*		1,4	2,0	1,4	0,25	0,2
		1,8	2,5	1,8	0,3	0,25
		2,2	3,0	2,2	0,35	0,3
		2,6	3,5	2,6	0,4	0,35
		3,0	4,0	3,0	0,45	0,4
		3,4	4,5	3,4	0,5	0,45
a	-	0,0002	0,00025	0,0002	0,000025	0,000025
b	-	1,0	1,5	1,0	0,2	0,15

Величина R_к определяется как сумма термических сопротивлений отдельных слоев:

R_к = R₁ + R₂+…+ R _n (4)

где R₁ , R₂, … , R_n – термическое сопротивление отдельных слоев ограждающей конструкции, (м² ∙^оС)/Вт.

Сопротивление каждого слоя однородной ограждающей конструкции R₁ , R₂, … , R_n определяется по формуле

R_n= δ_n/λ_n , (5)

где δ_n – толщина слоя, м;

λ_n – коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м∙ °С), принимать по прил. 1 и по [СП 50.13330.2012 Приложение Т] .

При этом должно быть соблюдено условие: фактическое сопротивление теплопередаче наружных ограждений R_О должно быть больше или равно требуемому R₀^тр.

Таблица 2. - Основные эксплуатационные характеристики изделий с трехкамерными профилями коробок и створок.

Наименование показателей	Значение показателя
Приведенное сопротивление теплопередаче, м ·°С/Вт, не менее:
с однокамерным стеклопакетом
4М -16-4М	0,35
4М -16Ar-4М	0,37
4М -16-К4	0,54
4М -16-И4	0,58
4М -16Ar-К4	0,59
4М -16Ar-И4	0,63
с двухкамерным стеклопакетом
4М -8-4М -8-4М	0,49
4М -10-4М -10-4М	0,51
4М -10Ar-4М -10Ar-4М	0,54
4М -12-4М -12-4М	0,53
4М -12Ar-4М -12Ar-4М	0,56
с двухкамерным стеклопакетом
с теплоотражающим покрытием
4М -8-4М -8-К4	0,57
4М -8-4М -8-И4	0,61
4М -8Ar-4М -8Ar-К4	0,63
4М -8Ar-4М -8Ar-И4	0,65
4М -12-4М -12-К4	0,61
4М -12-4М -12-И4	0,66
4М -12Ar-4М -12Ar-К4	0,67
4М -12Ar-4М -12Ar-И4	0,72

По величине R_О определяется коэффициент теплопередачи ограждения в Вт/(м² ∙ °С):

K = 1/R_О. (6)

Пример 1.1. Требуется выполнить технический расчет конструкций жилого дома и установить значения их коэффициента теплопередачи.

Район строительства г. Ставрополь. Температура наиболее холодной пятидневки t_н = -23 °С; средняя температура за отопительный период t_{от. п.} = 0, 3 °С, продолжительность отопительного периода Z_{от. п}. =169 суток; расчетная скорость ветра 3,1 м/с; зона влажности – сухая.

Решение. Определяем величину градусо-суток отопительного периода для г. Ставрополь по формуле ( 1 ):

D_d =( 1 8 – 0, 3) ∙ 169 = 2991 °С∙ сут.

а) Наружная стена

По выражению (2) и с учетом данных табл. 1 , а также полученного значения градусо-суток, определяем для стены:

R₀^тр = 0, 00035 ∙ 2991 +1 ,4 = 2,45 (м² ∙⁰С)/Вт.

Из формулы (3), замещая R_о полученным значением R₀^тр, определяем требуемую толщину утеплителя

R₀^тр = 1/α_в + δ₁/λ₁ + δ₂/λ₂ + δ₃/λ₃ + δ₄/λ₄ + 1/α_н.

Толщина конструктивных слоев указана справа от рис. 1 . Соответствующие коэффициенты теплопроводности приняты по СП 50.13330.2012 Приложение Т при условии эксплуатации «А», т. к. зона влажности «сухая», а влажностный режим жилого дома «нормальный» (СП 50.13330.2012 табл. 2).

δ₃ = 0, 041∙(2,45 – 1/8, 7 – 0, 02/0, 7 – 0, 38/0, 7 – 0, 1 2/0, 7 – 1/23) = 0, 06 м.

Так как по расчету δ₃ = 0, 06 м, то толщину утепляющего слоя для наружной стены принимаем ближайшую большую к этому значению по сортаменту выпускаемых плоских листов пенополистирола. Толщина используемого утеплителя в данном случае составит 0, 08 м.

По формуле (3) определяем фактическое сопротивление наружного ограждения с учетом принятой толщины пенополистирола:

R_О =1/8,7 +0,02/0,7 +0,38/0,7 +0,08/0,041 +0,12/0,7 + 1/23 =2, 85 (м²∙^оС)/Вт

и коэффициент теплопередачи по формуле (6)

К = 1/2,85 = 0, 35 Вт/(м² ∙ °С).

б) Окна

По табл. 1, зная градусо-сутки отопительного периода, находят требуемое сопротивление теплопередаче окон, по которому, используя табл. 2, выбирают равное или ближайшее большее приведенное сопротивление теплопередаче и соответствующую конструкцию окна.

Для примера 1. 1 R₀^тр = 0, 375 (м² ∙ °С)/Вт, R_ок = 0, 37 (м² ∙ °С)/Вт (расхождение с R₀^тр составляет 1,3%, что допустимо), что соответствует 4М -16Ar-4М - однокамерному стеклопакету с толщиной стекла 4 мм, межстекольным расстоянием 16 мм и наполнением межстекольного расстояния аргоном. При этом коэффициент теплопередачи составит

К = 1/0, 37 = 2, 7 Вт/(м² ∙ °С).

в) покрытие (без чердака)

(n = 1; a_в = 8,7 Вт/ м² °С; a_н = 23 Вт/ м² °С)

R₀^тр = 3,7 м² °С/ Вт.

Схема покрытия

1-Плита перекрытия пустотная из железобетона; 2-Утеплитель (пенополистерол); 3-Стяжка из цементно-песчаного раствора; 4-гидроизоляция (2 слоя стекломаста).

l_ж.б. = 2,04 Вт/ м °С; l_из = 0,052 Вт/м °С; l_стяж = 0,76 Вт/м °С

,

где R_пр – термическое сопротивление пустотной плиты.

Принимаем d_из = 0,20 м.

К = 1/4,15 = 0, 24 Вт/(м² ∙ °С).

г) перекрытие над «теплым» подвалом.

Под «теплыми» подвалами понимают подвалы при наличии в них нижней разводки труб систем отопления, горячего водоснабжения. При этом в качестве расчетной температуры внутреннего воздуха принимают расчетную температуру воздуха в подвале t, °С, равную не менее плюс 2 °С при расчетных условиях.

Требуемое сопротивление теплопередаче перекрытия над «теплым» подвалом определяют исходя из требуемого сопротивления перекрытия над «холодным» подвалом (по условиям энергосбережения ) по формуле.

,

где .

Схема перекрытия над подвалом

1-Плита перекрытия пустотная из железобетона; 2-Утеплитель (пенополистерол); 3-Стяжка из цементно-песчаного раствора.

l_из = 0,052 ;

l_ж.б.=2,04 ;

l_стяж=0,76 .

Отсюда:

R_{хол.под}^тр. = 3,25 ;

R_{тёпл.под}^тр. = 0,42·3,25=1,36 ;

=0,053 м;

Принимаем d_из = 0,1м.

=2,27 .

К = 1/2,27 = 0, 44 Вт/(м² ∙ °С).