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. 2 °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 , - коэффициенты, значения которых следует принимать по данным таблицы для соответствующих групп зданий, за исключением графы 6 для группы зданий в поз.1, где для интервала до 6000 °С·сут: , ; для интервала 6000-8000 °С·сут: , ; для интервала 8000 °С·сут и более: , .    

 

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 большей tн, но меньшей tвкоэффициент следует определять по формуле: n=(t в-t с)/(t в-t н)
 

 

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.2·°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