Ограждающих конструкций здания

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЯ

Методические указания

к курсовому проектированию

по дисциплине

Строительная теплофизика

Составитель А.В. Жуков

Томск 2015

Теплотехнический расчет ограждающих конструкций здания: методические указания к курсовому проектированию/ сост. А.В. Жуков. – Томск: Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2015. - 38 с.

Рецензент к.т.н., доцент кафедры ТГС А.Н. Хуторной

Редактор Н.С. Баринова

Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине Б3.В5 «Строительная теплофизика» предназначены для студентов, обучающихся по направлению подготовки бакалавров 270800 «Строительство» всех форм обучения профиля «Теплогазоснабжение и вентиляция».

Рассмотрены и рекомендованы к изданию методическим семинаром кафедры «Теплогазоснабжение». Протокол № 4 от 27.11.14 г.

Срок действия

с 01.01.2015

до 01.01.2020

Оригинал-макет подготовлен автором

Подписано в печать 26. 01. 15 г.

Формат 60×90/16. Бумага офсет. Гарнитура Таймс.

Уч.-изд. л. 2. Тираж 50 экз. Заказ №

Изд-во ТГАСУ, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2.

Отпечатано с оригинал-макета в ООП ТГАСУ.

634003, г. Томск, ул. Партизанская, 15.

ВВЕДЕНИЕ

Методические указания составлены для студентов направления подготовки бакалавров 270800 «Строительство» всех форм обучения, выполняющих курсовую работу по дисциплине Б3.В5 «Строительная теплофизика».

В указаниях излагается методика теплотехнического расчета ограждающих конструкций здания на примере индивидуального жилого дома.

В процессе выполнения курсовой работы формируются следующие, предусмотренные Федеральным государственным образовательным стандартом (ФГОС 3) компетенции:

ПК-1: использование основных законов естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применение методов математического анализа и моделирования теоретического и экспериментального исследования.

ПК-2: способность выявлять естественнонаучную сущность проблем, привлекать для их решения соответствующий физико-математический аппарат.

ПК-11: способность проводить предварительное технико-экономическое обоснование проектных расчетов, разрабатывать проектную и рабочую техническую документацию, оформлять законченные проектно-конструкторские работы, контролировать соответствие разрабатываемых проектов и технической документации заданию на проектирование, стандартам, техническим условиям и другим нормативным документам.

ПК-17: знание научно-технической информации, отечественного и зарубежного опыта по профилю деятельности.

Работа над курсовой работой способствует приобретению студентом:

знаний: нормативной базы и основных методов расчета теплопереноса, воздухопроницаемости, паропроницаемости, теплоустойчивости ограждающих конструкций зданий;

умений:выбирать материалы и разрабатывать конструктивные решения для ограждающих конструкций зданий;

навыков: владения основами современных методов проектирования и расчета теплотехнических свойств ограждающих конструкций зданий.

СОСТАВ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Курсовая работа предусматривает расчет приведенного сопротивления теплопередаче, воздухопроницаемости и паропроницаемости наружных ограждений здания и доведение их до нормативных значений за счет организационно-технических мероприятий.

Курсовая работа состоит из расчетной и графической частей.

Расчетная часть оформляется в виде расчетно-пояснительной записки на листах формата А4 и содержит следующие разделы:

1. Выбор исходных данных.

2. Расчет нормируемых величин теплозащитной оболочки.

3. Расчет толщины утеплителя фрагментов ограждений.

4. Расчет показателей тепловой защиты здания.

5. Расчет воздухопроницаемости ограждений.

6. Расчет паропроницаемости ограждений.

В соответствующих разделах расчетно-пояснительной записки приводятся эскизы расчетных наружных ограждений (наружные стены, чердачные перекрытия, пол), расчетные формулы с вычислением, а также таблицы в форме, приведенной в методических указаниях с результатами расчетов.

Графическая часть выполняется на листах формата А4 и включается в расчетно-пояснительную записку.

ВЫБОР ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

Теплотехнический расчет ограждающих конструкций выполняется на примере одноэтажного жилого здания.

На рис. 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 приведены: план и фрагмент вертикального разреза здания; конструкция деревянного пола на лагах с утеплением; конструкция чердачного перекрытия на основе пустотных плит с утеплителем и пароизоляцией; конструкция наружной стены в двух вариантах.

Входная дверь в стене западной ориентации имеет размеры 0,9х2,1 м; оконные проемы имеют размеры 1,46х1,47 м.

Рис. 1. 2. Конструкция пола. 1 – сосновые доски, 2 – лаги, 3 – воздушная прослойка, 4 – слой гидроизоляции, 5 – кирпичный столбик, 6 – утеплитель жесткая минплита, 7 – бетонная подушка

Рис. 1. 1. а) план первого этажа: 1 – кухня, 2 – спальня, 3 – зал, 4 – детская комната, 5 – коридор 21,6 м², ванная 4,8 м², туалет 2,4 м²; б) фрагмент вертикального разреза

1 17,4 м²

2 25,8 м²

3 36,0 м²

4 36,0 м²

а)

б)

Рис. 1.3. Конструкция чердачного перекрытия . 1 – цементно-песчаная штукатурка, 2 – железобетонная пустотная плита, 3 – пароизоляция из 2-х слоев рубероида, 4 – утеплитель минплита, 5 – цементно-песчаная стяжка

d =159; 140; 128

ограждающих конструкций здания - student2.ru

Рис. 1.4. Конструкция наружной стены. 1 – цементно-песчаный раствор (r=1800 кг/м³); 2 – кладка из керамического пустотного кирпича (r=1400 кг/м³); 3 – утеплитель из пенополиуретана, (r= 60 кг/м³); 4 – цементно-песчаный раствор по сетке рабица (r=2200 кг/м³, l = 1,4 Вт/(м∙^оС));

Вариант № 2

х_ут

Вариант № 1

х_ут

1. По шифру (номеру зачетной книжки студента) определяется вариант и исходные данные для курсовой работы.

Последняя цифра определяет город, климатические данные и расчетные параметры наружного воздуха, табл. 1.1.

Предпоследняя цифра определяет высоту потолка, условия эксплуатации ограждений и конструкцию наружной стены, табл. 1.2.

Таблица 1.1

Климатические и расчетные параметры наружного воздуха

№ варианта	Город	Расчетная температура наружного воздуха t_н, ^оС	Продолжительность и средняя температура наружного воздуха отопительного периода	Расчетная скорость ветра v, м/с
Z_от.пер , сут.	t_от.пер.^oC
	Новосибирск	- 37		- 8,1	4,7
	Томск	- 39		- 7.9	2,4
	Колпашево	- 42		- 8,8	3,1
	Александровское	- 43		- 9,5	3,9
	Тюмень	- 35		- 6,9	3,0
	Кемерово	- 39		- 8,0	3,4
	Тайга	- 39		- 8,0	5,1
	Киселевск	- 39		- 7,3	5,5
	Красноярск	- 37		- 6,7	4,3
	Барнаул	- 36		- 7,5	4,0

Таблица 1.2

Варианты исходных значений параметров

Предпоследняя цифра номера						5 и более
Высота потолка Н, м			3,5	3,5
Условия эксплуатации ограждений	А	Б	А	Б	А	Б
Вариант конструкции стены

Выбранный расчетный вариант приводится в курсовой работе в виде фрагментов табл. 1.1 и табл. 1.2.

2. По табл. П.1 определяются теплотехнические параметры материалов фрагментов ограждающих конструкций в соответствии с выбранным вариантом и рис. 1.2, 1.3, 1.4.

Значение теплотехнических параметров материалов ограждения оформляют в виде табл. 1.3.

Таблица 1.3

Исходные значения теплотехнических параметров материалов

№ п.п	Ограждение	Материал	Толщина δ, мм	Плот- ность ρ, кг/м³	Коэф. теплопр. l, Вт/(м^оС)	Коэф паропр. μ мг/(мчПа)
	Наружная стена	Внутр. штукат. Кирп. кладка Утеплитель* Наруж. штукат.
	Пол	Сосновая доска Возд. прослойка Утеплитель* Железобетон		-	-	-
	Чердачное перекрытие	Внутр. штукат. Пустотная плита Рубероид Утеплитель* Наруж. стяжка

* - толщина утеплителя определяется расчетом в разделе 3.

РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ УТЕПЛИТЕЛЯ

ФРАГМЕНТОВ ОГРАЖДЕНИЙ

Пример расчета.

В помещении размером 8х6 м установлен деревянный пол на лагах по бетонному основанию с утеплением минплитой. Толщина половой рейки d_др = 32 мм, l_др = 0,18 Вт/(м^оС). Толщина утеплителя d_уп^пол = 75 мм, l_уп^пол = 0,042 Вт/(м^оС).

Определить приведенное сопротивление теплопередаче.

Решение:

а) разбиваем площадь пола на двухметровые зоны:

F₁ = 2˟8˟2 + 2˟6˟2 = 56 м², F₂ = 2˟4 = 8 м², F₃ = F₄ = 0.

Третья и четвертая зоны отсутствуют;

б) вычисляем сопротивление теплопередаче зон (3.3):

R₁_з.у = 1,18(2,1 + 0,032/0,18 + 0,075/0,042) = 4,79 м^{2 о}С/Вт,

R₂_з.у = 1,18(4,3 + 0,032/0,18 + 0,075/0,042) = 7,39 м^{2 о}С/Вт;

в) определяем приведенное сопротивление пола (3.4):

R_0._пр^пол = (56 + 8)/(56/4,79 + 8/7,39) = 5,01 м^{2 о}С/Вт.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Тихомиров К.В. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция: Учебник для вузов/ К.В.Тихомиров, Э.С. Сергеенко. – М.: ООО «БАСТЕТ», 2009. - 480 с.

2. Богословский В.Н. Строительная теплофизика (теплофизические основы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха)/ В.Н. Богословский. – СПб.: «АВОК Северо-Запад», 2006. – 400 с.

3. Фокин К.Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий/ К.Ф.Фокин. –М: «АВОК-ПРЕСС», 2006. – 256 с.

4. Малявина Е. Г. Теплопотери здания. Справочное пособие/ Е.Г. Малявина. М.: «АВОК-ПРЕСС» 2007. – 160 с.

5. СП 50.13330.2013. Тепловая защита зданий. Утв. Минрегион РФ: Введ. в действие 01.01.2012. – Изд. офиц. – М., 2012.- 100 с.

6. СП 60.13330.2012. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха: Утв. Минрегион РФ: Введен в действие 01.01.2013. – Изд. офиц. – М., 2012.- 81 с.

7. СП 131.13330.2013. Строительная климатология. Утв. Минрегион РФ: Введен в действие 01.01.2013. – Изд. офиц. – М., 2012.- 113 с.

8. СП 23-101-2004. Проектирование тепловой защиты зданий. Утв. Совм. приказом ОАО "ЦНИИпромзданий" иФГУП ЦНС: Введен в действие с 01.06. 2004. – 186 с.

9. ГОСТ 30494-2011. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещении: М.: Стандартинформ: Введен в действие с 01.01.2013. - 15 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Таблица П.1

Теплотехнические показатели

строительных материалов по СП 50.13330.2012

Материал	ρ, кг/м³	W,%	l, Вт/м^оС	μ, мг/мчПа
А	Б	А	Б	А, Б
Пенополиуретан				0,036	0,041	0,05
Минплита(камен.)				0,042	0,045	0,32
Керамзит				0,13	0,145	0,24
Рубероид				0,17	0,17
Железобетон				1,92	2,04	0,03
Раствор цем. песчаный				0,76	0,93	0,09
Раствор известковый				0,7	0,87	0,098
Кирпичная кладка: - обыкн. глиняный - силикатный - керам. пустотный				0,7 0,76 0,52	0,81 0,87 0,58	0,11 0,11 0,16
Сосна, ель				0,14	0,18	0,06
Фанера				0,15	0,18	0,02
Стекло оконное				0,76	0,76
Сухая штукатурка				0,34	0,36	0,075

Таблица П.2

Оптимальные (О) и допустимые (Д) нормы температуры,

результирующей температуры относительной влажности и скорости

движения воздуха в помещениях жилых и административных зданий

по ГОСТ 30494-2011

Период года	Помещение	Температура t_в, ^оС	Рез. темпер. ^оС	Влажность j, %	Скорость u, м/с
О.	Д.	О.	Д.	О.	Д.	О.	Д.
Холодный	Жил. t_н<-31^о Жил. t_н>-31^о Кухня 2 катег.*	20-22 21-23 19-21 19-21	18-24 20-24 18-26 18-23	19-20 20-22 18-20 18-20	17-23 19-23 17-25 17-22	45-30 45-30 - 45-30	-	0,15 0,15 0,15 0,2	0,2 0,2 0,2 0,3
Теплый	Жил. П.п.людей	22-25 23-25	20-28 18-28	22-24 22-24	18-27 19-27	60-30 60-30		0,2 0,3	0,3 0,5

Таблица П.3

Базовые значения требуемого сопротивления

теплопередаче ограждающих конструкций

Тип здания	ГСОП ^оС×сут	R_0.^тр, м^2оС/Вт
Стена	Покрытия и перекрытия над проездами	Перекрытия чердачные, над неотапливаемыми подпольями и подвалами	Окна и балконные двери, витрины и витражи	Фона- ри
1.Жилые, лечебно-профилактические и детские учреждения, школы, интернаты, общежития		2,1 2,8 3,5 4,2 4,9	3,2 4,2 5,2 6,2 7,2	2,8 3,7 4,6 5,5 6,4	0,3 0,45 0,6 0,7 0,75	0,3 0,35 0,4 0,45 0,5
2.Общественные, административные и бытовые; производственные и др. с влажным режимом		1,8 2,4 3,0 3,6 4,2	2,4 3,2 4,0 4,8 5,6	2,0 2,7 3,4 4,1 4,8	0,3 0,4 0,5 0,6 0,7	0,3 0,35 0,4 0,45 0,5

Таблица П.4

Нормируемые значения

удельной теплозащитной характеристики здания

Отапливаемый объем, м³	Значения k_об^нор, Вт/(м^{3 о}С), при значениях ГСОП, ^оС сут

	1,206	0,892	0,708	0,613	0,541	0,321
	0,957	0,708	0,562	0,487	0,429	0,326
	0,759	0,562	0,446	0,386	0,341	0,259
	0,606	0,449	0,356	0,308	0,272	0,207
	0,486	0,360	0,286	0,247	0,218	0,166
	0,391	0,289	0,229	0,199	0,175	0,133
15 000	0,327	0,242	0,192	0,166	0,146	0,111
50 000	0,277	0,205	0,162	0,141	0,124	0,094

Таблица П.5

Расчетные значения коэффициентов α_н, Вт/(м^{2 о}С)

Наружная поверхность ограждения	α_н
Наружных стен, покрытий, перекрытий над проездами и над холодными (без ограждающих стенок) подпольями в Северной строительно-климатической зоне
Перекрытий над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом, перекрытий над холодными (с ограждающими стенками) подпольями и холодными этажами в Северной строительно-климатической зоне
Перекрытий чердачных и над не отапливаемыми подвалами со световыми проемами в стенах; наружные стены с вентилируемой воздушной прослойкой
Перекрытия над не отапливаемыми подвалами и техническими подпольями, не вентилируемые наружным воздухом

Таблица П.6

Расчетные значения коэффициентов α_в, Вт/(м^{2 о}С)

Внутренняя поверхность ограждения	α_в
Стен, полов, гладких потолков, потолков с выступающими ребрами при отношении высоты ребра h к расстоянию а между гребнями соседних ребер h/a ≤ 0,3	8,7
Потолков с выступающими ребрами при h/a > 0,3	7,6
Окон	8,0
Зенитные фонари	9,9

Таблица П.7

Термическое сопротивление

замкнутых воздушных прослоек R_в.п, м^{2 о}С/Вт

Толщина воздушной прослойки, м	горизонтальная, при потоке тепла снизу вверх; вертикальная	горизонтальная при потоке тепла сверху вниз
температура воздуха в прослойке	температура воздуха в прослойке
положительная	отрицательная	положительная	отрицательная
0,01	0,13	0,15	0,14	0,15
0,02	0,14	0,15	0,15	0,19
0,03	0,14	0,16	0,16	0,21
0,05	0,14	0,17	0,17	0,22
0,10	0,15	0,18	0,18	0,23
0,15	0,15	0,18	0,19	0,24
0,2-0,3	0.15	0,19	0,19	0,24

Таблица П.8

Термическое сопротивление R окон

и застекленных проемов, (м^{2 о}С)/ Вт

Заполнение светового проема	Переплет
Дерево, ПХВ	Алюм.
Одинарное остекление Двойное остекление в раздельных переплетах Тройное остекление в раздельных переплетах Блоки стеклянные пустотные Однокамерный стеклопакет из обычного стекла: с твердым селективным покрытием с мягким селективным покрытием Двухкамерный стеклопакет из стекла: межстекольное расстояние 8 мм межстекольное расстояние 12 мм Стекло и однокамерный стеклопакет Стекло и двухкамерный стеклопакет Два однокамер. стеклопакета в раздельных перепл.	0,18 0,42 0,55 0,32 0,38 0,51 0,56 0,51 0,54 0,56 0,68 0,74	0,15 0,34 0,46 0,32 0,33 0,43 0,47 0,43 0,45

Таблица П.9

Нормативная воздухопроницаемость ограждений j_в.нор

Ограждающая конструкция	Размерн.	j_в.нор
1. Наружные стены, перекрытия и покрытия жилых, административных зданий. 2. Наружные стены, перекрытия и покрытия производственных зданий. 3. Стыки между панелями: - жилые здания - производственные здания 4. Окна и балконные двери жилых и административных зданий в переплетах: - пластмассовые, алюминиевые - деревянные 5. Окна двери производственных помещ. 6. Зенитные фонари произв. помещ. 7. Входные двери в квартиры 8. Входные двери в здания	кг/(м²ч) кг/(м²ч) кг/(мч) кг/(мч) кг/(м²ч) кг/(м²ч) кг/(м²ч) кг/(м²ч) кг/(м²ч) кг/(м²ч)	0,5 1,0 0,5 1,0 5,0 6,0 8,0 1,5 7,0

Таблица П.10

Сопротивление воздухопроницанию слоев конструкций

Материал	ρ, кг/м³	Толщина слоя, мм	R_в, м²чПа/кг
Пенополиуретан		50 - 100
Минплита(камен.)
Керамзит		-
Рубероид		1,5
Железобетон
Штукатурка цем. песчаная
Штукатурка известковая
Кирпичная кладка: - обыкн. глиняный - силикатный - керам. пустотный		250 и более
Стена брусчатая, бревенчатая
Фанера		3-4
Стекло оконное		-
Сухая штукатурка
Обои бумажные	-	-

Таблица П.11

Среднемесячная и годовая температура воздуха, ^оС

Населенный пункт	I	II	III	IY	Y	YI	YII	YIII	IX	X	XI	XII	Год

Александровское	-21,2	-19,3	-9,9	-2,3	6,0	14,3	18,1	14,0	7,6	-0,9	-11,6	-18,3	-2,0
Колпашево	-20,0	-17,7	-8,8	-0,5	7,9	15,4	18,5	14,6	8,2	0,2	-10,2	-17,3	-0,8
Томск	-17,9	-15,7	-7,7	1,2	9,7	15,9	18,7	15,3	9,0	1,3	-8,5	-15,4	0,5
Кемерово	-17,9	-15,8	-8,1	1,8	10,6	16,4	19,0	15,8	9,5	1,9	-7,8	-15,2	0,8
Киселевск	-17,2	-15,5	-8,1	2,0	10,0	16,6	18,8	15,8	10,0	2,2	-8,3	-15,4	0,9
Новосибирск	-17,3	-15,7	-8,4	2,2	11,1	17,0	19,4	16,2	10,2	2,5	-7,4	-14,5	1,3
Барнаул	-16,3	-14,4	-7,1	3,6	12,3	17,8	19,8	17,0	10,9	3,3	-6,5	-13,5	2,2
Тюмень	-16,2	-14,3	-5,7	3,7	11,0	16,5	18,6	15,4	9,6	2,2	-6,8	-13,5	1,7
Тайга	-18,0	-16,1	-8,3	0,3	8,8	14,9	17,6	14,3	8,1	0,5	-9,1	-15,8	-0,2
Красноярск	-16,0	-14,0	-6,3	1,9	9,7	16,0	18,7	15,4	8,9	1,5	-7,5	-13,7	1,2

Таблица П.12

Среднемесячное и годовое давление пара е, Па

Населенный пункт

III

YII

YIII

XII

Год

Александровское

Колпашево

Томск

Кемерово

Киселевск

Новосибирск

Барнаул

Тюмень

Тайга

Красноярск

Таблица П.13

Предельно допустимое приращение влажности Δw, %

Материл	Δw, %	Материал	Δw, %
Кладка из глиняного кирпича	1,5	Пеногазостекло	1,5
Кладка из силикатного кирп.		Минплита, маты
Тяжелый бетон		Пенополистирол
Цементно-песчаный раствор		Пенополиуретан
Легкий бетон		Засыпка керамзитовая

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Вопросы, выносимые на защиту курсовой работы

1. Нормативные требования к защитной оболочке здания.

2. Нормируемое сопротивление теплопередаче ограждения.

3. Температура точки росы в помещении.

4. Удельная теплозащитная характеристика здания.

5. Сопротивление теплопередаче слоистой стенки.

6. Особенности расчета сопротивления теплопередаче пола.

7. Расчет сопротивлений теплопередаче пустотной плиты.

8. Расчет толщины утеплителя ограждения.

9. Сопротивление теплопередаче заполнения оконного проема.

10. Расчет температуры на поверхности ограждения.

11. Понятие воздухопроницаемости ограждения.

12. Разность давления воздуха снаружи и внутри здания.

13. Требуемое сопротивление воздухопроницанию ограждения.

14. Фактическое сопротивление воздухопроницанию стены.

15. Количество инфильтрующегося воздуха через ограждение.

16. Понятие парциального давления водяного пара.

17. Понятие давления насыщенного пара.

18. Понятие паропроницаемости ограждения.

19. Сопротивление паропроницанию материала.

20. Сопротивление паропроницанию слоистого ограждения.

21. Расчетные параметры для паропроницания внутри здания.

22. Расчетные параметры для паропроницания снаружи.

23. Расчет температуры внутри ограждения.

24. Расчет парциального давления внутри ограждения.

25. Расчет давления насыщенного пара внутри ограждения.

26. Понятие плоскости максимального увлажнения.

27. Суть критерия не накопления влаги за годовой период.

28. Давление насыщенного пара за годовой период эксплуатации.

29. Суть критерия ограничения увлажнения за зимний период.

30. Понятие предельно допустимого приращения увлажнения.