Нормативный температурный перепад

Кафедра Химии и Экологии

Рег.№

Методические указания

к выполнению практического занятия

«Расчет ограждающих конструкций зданий

с применением рациональных материалов»

по курсу БЖД

для студентов всех направлений подготовки

Составители:

Ст. преподаватель Молчанов В.Н.

д. т. н., профессор Михайлик В.Д.

Херсон, ХНТУ, 2013 год

Методические указания к выполнению практического занятия по курсу БЖД

Составители:

Ст. преподаватель Молчанов В.Н.

д. т. н., профессор Михайлик В.Д.

количество страниц – 21

Рецензент: д. т. н., профессор

Шарко А.В.

Утверждено

на заседании кафедры Химии и Экологии

протокол № 12 от 11. 02. 2013г.

Зав. кафедры А.В. Мищенко

Ответственный за выпуск – д.т.н. проф. Мищенко А.В.

ВВЕДЕНИЕ

В современных условиях перехода от экстенсивных к интенсивным подходам ведения хозяйства, ведущего в конечном итоге к экономному использованию материалов, оборудования н энергетических ресурсов, насущной становится проблема достижения максимальных показателей при минимальных затратах на рациональное использование энергоносителей. Снижение затратной части в доли себестоимости продукции ведет к повышению ее конкурентоспособности, возможности выхода на мировые рынки, повышения спроса на внутреннем рынке.

В этой связи значительное место занимают вопросы экономики в капитальном строительстве, на долю которого приходится примерно десятая часть всего валового общественного продукта. Рациональное использование материалов и энергии здесь закладывается еще па стадии проектной разработки, в частности, для зданий производственного назначения диктуется размещением оборудования и принятой технологией. Стены, полы, покрытия, остекление должны обладать такими параметрами, при которых обеспечение требуемого микроклимата достигалось бы с минимальными расходами материальных, энергетических, финансовых и людских затрат.

Строительные конструкции зданий должны быть не только прочными; но и обладать требуемыми теплозащитными свойствами. Эти свойства наружных ограждений характеризуются двумя показателями: сопротивлением теплопередаче и теплоустойчивостью, которую оценивают по характеристике тепловой инерции .

Примерно четвертая часть топлива, сжигаемого в Украине, расходуется для теплоснабжения жилых домов и общественных зданий, при этом больше всего тепла расходуется на отопление (более 78%) и на горячее водоснабжение.

Здания, построенные в то время, когда топливные ресурсы казались безграничными, сегодня требуют так много энергии, что это зачастую ложится тяжелым бременем на топливно-энергетический комплекс, а строительство новых зданий еще более усугубляет проблему. Вместе с тем опыт развитых стран доказывает, что на нынешнем уровне развития техники расход топлива на отопление в зданиях может быть уменьшен более, чем на треть, и этим определяются значительные резервы энергосбережения. Реализовать эти резервы в полной мере можно, если вести работу по двум основным направлениям:

- утепление ограждающих конструкций зданий

- модернизация систем теплоснабжения.

Через ограждающие конструкции отапливаемых зданий уходит в атмосферу тепловая анергия, для производства которой сжигается много топлива. Чем хуже теплоизоляционные качества ограждений, тем больше нужно сжечь топлива в котлах. Отапливать плохо изолированный дом - это все равно, что вылизать дорогое топливо на улицу. На рис. 1 показаны два одинаковых дома, один из которых построен в соответствии с требованиями к теплозащите, действовавшими до недавнего времени, а другой - в соответствии с новыми требованиями, введенными в Украине с 1995 года.

Рис. 1 Потребность в топливе в литрах в год на отопление обычной 2-комнатной квартиры в многоэтажном доме, построенной по нормам теплозащиты, действовавшим в Украине до 1994 г. (А) и введенным с 1995 г. (В).

Показаны потери топлива, компенсирующие теплопотери через стены, окна, потолок и пол, а также потери через вытяжную вентиляцию.

Из рисунка видно, что количество тепла и соответствующего топлива, теряемого через стены, окна, пол, потолок, а также через систему вытяжной вентиляции в хорошо теплоизолированном доме на 46% меньше, чем в доме с привычными ограждающими конструкциями. Экономия жидкого топлива, отнесенная на одну, среднего размера двухкомнатную квартиру составляет 690 литров только за один отопительный сезон. Энергии, содержащейся в сэкономленном в данной квартире топливе, хватило бы для путешествия на легковом автомобиле из Украины в Индию.

Еще недавно теплозащитные свойства стен можно было грубо оценить по их толщине. Считалось, например, что стена в полтора кирпича (38 см) недостаточно теплая, в два кирпича (51 см) - нормальная, а в 2,5 кирпича (64 см) - вполне обеспечивает теплозащиту дома. Однослойные стены крупнопанельных зданий из легкого бетона толщиной 30 см не всегда удовлетворяют требованиям действующих норм по термическому сопротивлению теплопередаче, а толщина 35 см. обычно оказывалась приемлемой

Введенные в Украине нормативы вынуждают в корне пересмотреть сложившиеся взгляды. Стены из монолитной кирпичной кладки для северных районов Украины должны были бы теперь возводиться толщиной около полугора метров, а толщина однослойных легкобетонных панелей должна была бы быть около 65 см. Конечно, на практике это выполнить невозможно, и поэтому единственным способом утепления стен должно стать применение слоя из эффективного утеплителя.

При строительстве новых зданий теплоизоляционный слой из минеральной ваты, пористой пластмассы или других утеплителей располагают обычно внутри стеновой конструкции.

Для крупнопанельных зданий необходимо применять трехслойные стеновые панели, в которых между двумя конструктивными слоями из железо­бетона располагают слой утеплителя. Основной проблемой при этом является устройство связей между конструктивными слоями. Самые простые - это жесткие связи из бетона. Они прочно соединяют конструктивные слои, но их теплопроводность слишком велика. Поэтому панели с жесткими связями даже при наличии внутри них эффективного утеплителя служат недостаточной защитой для здания. Более совершенными с теплотехнической точки зрения являются панели с гибкими связями, однако для их устройства необходима арматура из нержавеющей стали.

Конструкция кирпичной стены строящегося здания также должна включать в себе теплоизоляционный слой. Обычно в таких случаях выполняют колодцевую кладку, состоящую из двух продольных стен, расположенных на расстоянии в полкирпича друг от друга и соединенных конструктивными связями Образующееся между стенами пространство заполняют утеплителем -минеральной ватой, пористой пластмассой, перлитовым песком или легким керамзитовым гравием. Чтобы избежать усадки утеплителя, высота непрерывного изоляционного слоя не должна быть более одного метра. Для этого устанавливают жесткие горизонтальные диафрагмы, например, из армированного цементно-песчаного раствора.

При утеплении существующих зданий приходится прикреплять к стенам дополнительный теплоизоляционный слой. Его можно располагать с наружной и внутренней стороны стены, однако при размещении теплоизоляции снаружи здания достигаются важные преимущества, которыми, как правило, пренебрегать не следует. Вот главные из этих преимуществ:

- утепляется вся поверхность стены, включая узлы примыкания перекрытий, которые при утеплении изнутри становились бы теплопроводными включениями;

- массивная часть стены, располагавшаяся до утепления в зоне низких температур, после реконструкции перемещается в теплую зону. Это предохраняет ее от преждевременного разрушения, вызываемого сезонными колебаниями температур и атмосферной влагой;

- повышаются теплоаккумуляционные свойства стен, в результате чего тепловой комфорт внутри здания должен улучшится, и внутренняя температура будет в меньшей степени реагировать на нестабильность теплового потока от системы отопления или потока в окружающую среду;

- утепление производится без уменьшения полезной площади здания;

- работы по утеплению здания производятся без нарушения нормальной жизни его обитателей, которые при этом не мешают проведению работы.

С 1995 г. в Украине действуют новые нормативы термических сопротивлений ограждающих конструкций, которые в 2-2,5 раза превышают прежние. Согласно новым нормативам термическое сопротивление наружных стен для северных районов страны не должно быть меньше 2,2 м^2оС/Вт.

Для теплоизоляции стен чаще всего используют минеральную вату, которая может прикрепляться к фасадной плоскости стены с помощью реек с последующей облицовкой отделочным материалом.

Увеличение термического сопротивления стен - это наиболее важный процесс в комплексе работ по утеплению здания, однако во многих случаях, особенно для малоэтажных домов, не менее важно утеплить покрытия.

Действующий в Украине с 1995 г. норматив сопротивления теплопередаче покрытий установлен на уровне 2,0-3,0 м²°С/Вт, что примерно в 2,6 раза превышает прежнее значение, однако все еще не отвечает соот­ветствующим требованиям, по которым проектируются и конструируются дома в большинстве стран Европы. В Дании, например, в соответствии с нормами DS418 термическое сопротивление покрытий должно быть в пределах от 4,0 до 6,67 м^2оС/Вт., и прослеживается тенденция к дальнейшему возрастанию этой величины.

В Украине, где почти повсеместно над зданиями сооружаются не отапливаемые чердаки, утепление покрытий сводится к укладке теплоизоляционного слоя на чердачное перекрытие. В отличие от утепления стен, где устройство дополнительного теплоизоляционного слоя связано с преодолением ряда трудностей, при теплоизоляции чердачных перекрытий обычно не возникают технические проблемы.

Для теплоизоляции чердачного перекрытия применяют насыпной или плиточный утеплитель. Плиточный утеплитель из минераловатных матов или других теплоизоляционных материалов укладывается слоем до 200 мм с устройством поверх этого слоя предохранительной стяжки. Толщина насыпного утеплителя, например, керамзитового гравия, обычно достигает 260 мм и более при объемной массе 300 кг/м². Слой утеплителя над участком перекрытия, расположенными у наружных стен, должен быть на 30-60 мм толще, чем это определено расчетом для перекрытия в целом.

Теплоизоляционные качества насыпного утеплителя со временем ухудшаются, и поэтому рекомендуется через несколько лет после укладки взрыхлять слой.

В климатических условиях Украины традиционно применяются окна с двухслойным остеклением, и поэтому здесь отсутствует тот большой резерв энергоснабжения, которым воспользовались в большинстве стран Европы, где в течение короткого времени были заменены окна с однослойным остеклением сразу после того, как выросли цены на топливо.

В настоящее время через окна теряется около половины того тепла, которое поступает от отопительных приборов системы отопления многоэтажного жилого дома, если считать вместе с теплом, выносимым воздухом через неплотности оконных притворов. Часть этого воздуха необходима для вентиляции, но обычно через неплотности поступает гораздо больше воздуха, чем это требуется по санитарным нормам. Кроме того, в переходный период года, когда из системы централизованного теплоснабжения подается тепла больше, чем достаточно для нормального отопления, значительная его часть выбрасывается жителями через открытые форточки окон.

Улучшение теплозащитных качеств окон может быть достигнуто увеличением их термического сопротивления и улучшением качества уплотнения притворов.

Введенными в Украине с 1995 г. нормативами на большей части ее территории установлено минимальное термическое, сопротивление окон на уровне 0,8 м²°С/Вт.

В европейских странах также наметился переход к массовому применению более совершенных в теплотехническом отнесении окон, а терми­ческое сопротивление лучших конструкций почти вдвое превышает новый украинский норматив. Становится очевидным, что при применении улуч­шенных конструкций общий уровень теплопотерь через окна можно сущест­венно понизить.

Улучшить теплоизоляционные качества окон можно при увеличении количества слоев стекла, и окна с тремя стеклами находят все более широкое применение.

Вместе с тем, современные технологии открывают новые возможности модернизации окон без увеличения их массивности. Одна из таких возможностей состоит в нанесении на стекло теплоотражающего покрытия, которое прозрачно для видимой части спектра дневного света, но характеризуется, в то же время, высоким коэффициентом отражения в тепловом диапазоне излучения, направленного изнутри наружу. Обычно тепловые лучи от радиаторов отопления и от нагретых ими внутренних стен помещений беспрепятственно проникают через стекла окон наружу, увеличивая тепловой поток из отапливаемого здания в окружающую среду. Теплоотражающие покрытия становятся барьером на пути этих потерь.

Улучшить качество окон можно также путем создания герметизированного пространства между стеклами. Два стекла, установленные на оптимальном с точки зрения теплозащитных свойств расстоянии (обычно около 19 мм) и соединенные при помощи специальных деталей в единую герметичную конструкцию, обычно называют стеклопакетом. Теплозащитные качества стеклопакета еще более улучшаются, если пространство между стеклами заполнить аргоном, или другим газом, уменьшающим теплопроводность межстекольного пространства и подавляющим конвекцию внутри него.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью данной работы является определение толщины наружных ограждающих конструкций для различных климатических зон, различного конструктивного исполнения с учетом поддержания в помещениях оптимальных температур.

РАСЧЕТНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ

Суть расчета заключается в определении такой толщины ограждающей конструкции, при которой соблюдается условие:

; (1)

где: R_o - фактическое термическое сопротивление теплопередаче кон­струкции, м²°С/Вт.

R_o^TP - требуемое термическое сопротивление теплопередаче конструкции, м²°С/Вт.

К теплотехническому расчету приступают после того, как основные элементы здания подобраны. Требуемое сопротивление теплопередаче наружного ограждения выбирается исходя их условия удовлетворения санитарно-гигиеническим, за исключением заполнений световых проемов определяется по формуле:

; (2)

где: Dt_н - нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности конструкции, ºС, принимается по данным таблицы I;

n - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху по таблице 2;

t_B - расчетная температура внутреннего воздуха °С, принимается по ГОСТ 12.1008 - 76 и нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений. Ее значения приведены в табл. 3. по ГОСТ 12.1006-76;

t_н - расчетная зимняя температура наружного воздуха, принимаемая в соответствии с главой СНиП по строительной климатологии с учетом тепловой инерции Д ограждающих конструкций (за исключением заполнений световых проемов), принимаемая по таблице 4;

a_B - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций , принимаемая по таблице 5.

Таблица 1

Нормативный температурный перепад

№	Здания и помещения	DtH,°с
Наружных стен	Покрытий, чердачных перекрытий	Перекрытий и подпольях
	Здания жилые, больничных учреждений (больниц, клиник, стационаров для престарелых, спальные корпуса), Общеобразовательных детских школ, детских домов и др.
	Здания диспансеров и амбулаторно-поликлинических учреждений, учебные здания школы		4,5	2,5
	Общественные здания, кроме указанных в п.п. 1 и 2, и вспомогательные здания и помещения промышленных предприятий (без влажного режима)		5,5	2,5
	Производственные здания с сухим режимом			2,5
	Производственные здания с нормальным режимом			2,5

Таблица 2

Значение коэффициента

№ п/п	Ограждающие конструкции	Коэффи­циент n
	Наружные стены и покрытия, перекрытия чердачные и над проездами, перекрытия над холодными без ограждающих стенок подпольями.
	Перекрытия над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом; перекрытия чердачные (с кровлей из рулонных материалов), перекрытия над холодными ограждающими стенками подпольями холодными этажами	0,9
	Перекрытия над неотапливаемыми подвалами со световыми проемами в стенах	0,75
	Перекрытия над неотапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенные выше уровня земли	0,6
	Перекрытия над неотапливаемыми техническими подпольями, расположенные ниже уровня земли	0.4

Оптимальные нормы температуры, относительной

влажности и скорости движения воздуха в

рабочей зоне производственных помещений по

ГОСТ 2.1005-76

Таблица3

Сезон года	Категория работ	Температура	Относи­тельная влажность	Скорость движения воздуха м/с
Холодный переходный период года	Легкая I Средней тяж.-IIa Средней тяж.- IIb Тяжелая III	20-23 18-20 17-19 16-18	60-40 60-40 60-40 60-40	0,2 0,2 0,3 0,3
Теплый период года	Легкая 1 Средней тяж.-IIа Средней тяж.-IIb Тяжелая III	20-25 21-23 20-22 18-21	60-40 60-40 60-40 60-40	0,2 0,3 0,4 0,5

Примечание к таблице 3.

Для расчета ограждающих конструкций жилых зданий в практическом занятии t_B, можно принять как наиболее комфортную температуру в каждом индивидуальном случае (18-26 °С).

Таблица 4

Значение расчетных зимних температур наружного воздуха

Тепловая инерция Д, ограждающих конструкций	Расчетная зимняя температура наружного воздуха
До 1,5 (безинерционная)	Абсолютная минимальная температура
1,5 - 4 (малая инерционность)	Средняя температура наиболее холодных суток
4-7 (средняя инерционность)	Средняя температура наиболее холодных трех суток.
7 и более (большая инерционность)	Средняя температура наиболее холодной пятидневки

Таблица 5

Значение коэффициента теплоотдачи, a_в

Внутренняя поверхность ограждающих конструкций	Коэффициент теплоотдачи
Стен, полов, гладких потолков, потолков с выступающими ребрами	3,50

Тепловая инерция ограждающей конструкции определяется по формуле:

Д = R₁S₁ +R₂S₂ + ... + R_nS_n(3)

где: r₁...r_n - термическое сопротивление отдельных слоев, м²°С/Вт,

определяется по формуле (4);

S₁...S_n - расчетные коэффициенты теплоусвоения материала

отдельных слоев, м^2оС/Вт, определяется по приложению I, (с учетом эксплуатации таблиц 3,6,7)

Таблица 6

Условия эксплуатации ограждающих конструкций в зависимости от влажностного режима помещений и зон влажности

Влажностной режим помещений (по таблице 7)	Условия эксплуатации А и Б в зонах влажности (по приложению 2)
Сухой	Нормальный	Влажный
Сухой	А	А	Б
Нормальный	А	Б	Б
Влажный или мокрый	Б	Б	Б

Таблица 7

Влажностной режим помещений зданий и

сооружений в зимний период в зависимости от

относительной влажности и температуры

внутреннего воздуха

Режим	Влажность внутреннего воздуха % при температуре
до 12	12-24	более.34
Сухой	до 60	до 50	до 40
Нормальный	60-75	50-60	40-50
Влажный	более 75	60-75	50-60
Мокрый	-	более 75	более 60

Термическое сопротивление R , слоя многослойной ограждающей конструкции определяется по формуле:

R= / (4)

где - толщина слоя, м

- расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, принимаемый по приложению I (с учетом эксплуатации).