Теплотехнический расчет. Учебное пособие по теплотехническому расчету ограждающих конструкций зданий и сооружений для самостоятельной работы
Скачать 3.42 Mb.
|
Классы А и Б устанавливают для вновь проектируемых и реконструируемых зданий, а класс С – при эксплуатации вышеуказанных зданий. К классам D и E относятся здания, возведенные до 2000 г. с целью разработки мероприятий по реконструкции этих зданий. 3. Определение нормативных параметров наружного и внутреннего воздуха 3.1. Наружные климатические условия места строительства зданий и сооружений Параметры наружного воздуха устанавливаются по СНиП 23-01–99 с учетом требований СНиП 23-02–2003. 3.1.1. В качестве расчетной температуры наружного воздуха в холодный период года для всех зданий, кроме производственных зданий сезонной эксплуатации, принимается средняя температура наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92 по графе 5 табл. 1 СНиП 23-01–99 или по приложению 1 настоящих указаний для конкретного места строительства. При отсутствии данных для конкретного пункта расчетную температуру наружного воздуха следует принимать для ближайшего населенного пункта, который указан в СНиП 23-01–99. 3.1.2. Влажностный режим района строительства здания, необходимый для выбора теплотехнических показателей материалов наружных ограждений, следует принимать по карте влажности территории России, приведенной в приложении 2. 3.2. Внутренние температурно-влажностные условия зданий и сооружений 3.2.1. Параметры внутреннего воздуха и расчетные значения относительной влажности воздуха внутри жилых и общественных зданий для холодного периода года принимаются по табл. 2. Таблица 2Оптимальная температура и допустимая относительная влажность воздуха внутри здания для холодного периода года
* 21°С в районах с расчетной температурой наиболее холодной пятидневки минус 31 °С и ниже. 3.2.2. Параметры внутреннего воздуха и относительной влажности производственных зданий следует принимать согласно ГОСТ 12.1.005 и нормам проектирования соответствующих зданий. 3.2.3. Для теплых чердаков и техподполий, а также в неотапливаемых лестничных клетках жилых зданий с квартирной системой теплоснабжения расчетную температуру внутреннего воздуха следует принимать:
4. Определение нормируемого (требуемого) сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций 4.1. Нормируемое сопротивление передаче (Rreq) наружных стен, покрытий (чердачных перекрытий), цокольных перекрытий, окон и фонарей определяется по табл. 3 в зависимости от градусо-суток отопительного периода климатического района строительства (Dd), °С·сут. Таблица 3 Нормируемые значения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций
Окончание табл. 3
Примечания: 1. Для окон и балконных дверей, витрин и витражей коэффициенты a и b для группы зданий в поз. 1 следует принимать при значениях Dd до 6000 Ссут: a = 0,000075, b = 0,15; для значений Dd = 6000…8000 Ссут: a = 0,00005, b = 0,3; для значений Dd = 8000 Ссут и более: a = 0,000025, b = 0,5. 2. Допускается в отдельных случаях, связанных с конкретными конструктивными решениями заполнений оконных и других проемов, применять конструкции окон, балконных дверей и фонарей с приведенным сопротивлением теплопередаче на 5 % ниже установленного в таблице. 3. Для группы зданий в поз. 1 нормируемые значения сопротивления теплопередаче перекрытий над лестничной клеткой и теплым чердаком, а также над проездами, если перекрытия являются полом технического этажа, следует принимать как для группы зданий в поз. 2. Градусо-сутки отопительного периода определяют по формуле Dd = (tint – tht) ·zht, (1) где tint – расчетная температура внутреннего воздуха, °С; tht, zht – соответственно средняя температура наружного воздуха (°С) и продолжительность (сут) отопительного периода, принимаемые по табл. 1 СНиП 23-01–99:
Для величин Dd, отличающихся от табличных, Rreq следует принимать по формуле (2) где а, b – коэффициенты, значения которых приведены в табл. 3. 4.2. Для чердачного перекрытия теплого чердака (R0g.f) и цокольного перекрытия над техническим подвалом (R0b.с) нормативное сопротивление теплопередачи определяется по формуле R0g.f (R0b.с ) = R0req ·n, (3) где R0req – нормируемое сопротивление теплопередаче покрытия (цокольного перекрытия) здания, определяемое по табл. 3 в зависимости от градусо-суток отопительного сезона; n – понижающий коэффициент, определяемый по формуле , (4) где tint, text – расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха, °C; tintg, tintb – расчетные температуры воздуха соответственно в теплом чердаке и техническом подвале, °С, принимаемые согласно п. 3.2.3. 4.3. Для покрытия теплого чердака нормируемое значение сопротивление теплопередаче (R0g.c) определяется по формуле (5) где tint, text, tintg – расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха и воздуха в теплом чердаке; Gven – приведенный расход воздуха в системе вентиляции (кг/м2 ч), определяемый по табл. 4; Таблица 4 Приведенный (отнесенный к 1 м2 пола чердака) расход воздуха в системе вентиляции
c – удельная теплоемкость воздуха, равная 1 кДж/(кг°С); tven – температура воздуха, выходящего из вентиляционных каналов, °С, принимаемая равной tint+1,5; R0g.f – нормируемое сопротивление теплопередаче чердачного перекрытия теплого чердака, устанавливаемое согласно п. 4.2; qpi – линейная плотность теплового потока через поверхность теплоизоляции, приходящаяся на 1 м длины трубопровода i-го диаметра с учетом теплопотерь через изолированные опоры, фланцевые соединения и арматуру (Вт/м); для чердаков и подвалов значения qpi приведены в табл. 5. Таблица 5 Линейная плотность теплового потока через поверхность теплоизоляции трубопровода
Окончание табл. 5
Плотность теплового потока в табл. 5 определена при температуре окружающего воздуха 18 °С. При меньшей температуре воздуха плотность теплового потока возрастает с учетом следующей зависимости: (6) где q18 – линейная плотность теплового потока, принимается по табл. 4; tT – температура теплоносителя в трубопроводе; t – температура воздуха в помещении, где расположен трубопровод. Для курсового проектирования qpi принимается равной 25 Вт/м при условном диаметре трубопровода 50 мм и средней температуре теплоносителя 95 °С, а в дипломном проектировании – по проектным параметрам трубопровода и теплоносителя. lpi – длина трубопровода i-го диаметра, м, принимается по проекту; ag.w – приведенная (отнесенная к 1 м2 пола чердака) площадь наружных стен теплого чердака, м2/м2, определяемая по формуле agw = (7) Agw – площадь наружных стен чердака, м2; Agf – площадь перекрытия теплого чердака, м2; Rоg.w – требуемое сопротивление теплопередаче наружных стен теплого чердака, м2С/Вт. 4.4. Для наружных стен теплого чердака и части цокольной стены, расположенной выше уровня грунта, нормируемые сопротивления теплопередаче (Rоg.w, Rоb.w) определяют по табл. 3 в зависимости от градусо-суток отопительного периода при расчетных температурах воздуха в теплом чердаке и техническом подвале, принимаемых согласно п. 3.2.3 настоящих указаний. 4.5. Для глухой части балконных дверей нормируемое значение сопротивления теплопередаче должно быть в 1,5 раза выше нормируемого значения сопротивления теплопередаче светопрозрачной части этих конструкций. 4.6. Для производственных зданий с избытком явной теплоты более 23 Вт/м3 и зданий, предназначенных для сезонной эксплуатации (осенью и весной), а также зданий с расчетной температурой внутреннего воздуха 12 °С и ниже нормируемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций (за исключением светопрозрачных) Rreq определяется по формуле Rreq = , (8) где n – коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху (табл. 6); tint, text – расчетные температуры соответственно внутреннего и наружного воздуха в холодный период года, °С; tn – нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха (tint) и температурой внутренней поверхности (int) ограждающих конструкций, °С (табл. 7); aint – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м2 · °С) (табл. 8). Таблица 6 Коэффициент, учитывающий зависимость положения ограждающей конструкций по отношению к наружному воздуху
Окончание табл. 6
Таблица 7 Нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции
Таблица 8 Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции
4.7. Для определения нормируемого сопротивления теплопередаче внутренних ограждающих конструкций (Rreq) при разности расчетных температур воздуха между помещениями 6 °С и выше в формуле (8) следует принимать n= 1 и вместо text – расчетную температуру воздуха более холодного помещения. 5. Определение общего или приведенного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций Общее или приведенное сопротивление теплопередаче (Rо, Rоr), м2°С/Вт, ограждающих конструкций, а также окон и фонарей следует принимать не менее нормируемых значений (Rreq), м2°С/Вт, определяемых по табл. 3 в зависимости от градусо-суток отопительного периода района строительства (Dd), °Ссут. В связи с тем, что в теплотехническом отношении ограждающие конструкции подразделяются на однородные однослойные или многослойные с последовательно расположенными однородными слоями и на неоднородные типа плоских ограждающих конструкций с теплопроводными включениями (3-слойные железобетонные, металлические или асбестоцементные панели с эффективным утеплителем на гибких или жестких связях; многослойные кирпичные стены облегченной (колодцевой) кладки и т.п.), поэтому для однородных ограждающих конструкций определяется общее сопротивление теплопередаче (Rо), а для неоднородных – приведенное сопротивление теплопередаче (Rоr). 5.1. Определение сопротивления теплопередаче однородных ограждающих конструкций Общее сопротивление теплопередаче (Rо), однородной однослойной или многослойной ограждающей конструкции с однородными слоями следует определять по формуле Rо =Rsi +Rk +Rse, (9) где Rsi = 1/aint, aint – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкций, Вт/(м2·°С), принимаемый по табл. 8; Rse = 1/aext, aext – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции, принимаемой по табл. 9 настоящих указаний; Таблица 9 Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции
Rk – термическое сопротивление ограждающей конструкции, м2·°С/Вт, с последовательно расположенными однородными слоями, определяемое по формуле Rk = R1 + R2 + … + Rn+ Ra.l, (10) где R1, R2, …, Rn – термическое сопротивление отдельных слоев ограждающих конструкций, определяемое по формуле R = , (11) где – толщина слоя, м; – расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/м2·°С, принимаемый по приложению свода правил СП 23-101–2004 или по приложению 3 настоящих указаний; Ra.l – термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки, принимается по табл. 10. Таблица 10 Термическое сопротивление замкнутых воздушных прослоек
Примечание. При оклейке одной или обеих поверхностей воздушной прослойки алюминиевой фольгой термическое сопротивление следует увеличить 2 раза. При наличии в ограждающих конструкциях замкнутых воздушных прослоек рекомендуется руководствоваться следующими положениями:
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 (aext) в этом случае принимается равной 10,8 Вт/(м2°С). 5.2. Определение приведенного сопротивления теплопередаче неоднородных ограждающих конструкций 5.2.1. Для плоских ограждающих конструкций с теплопроводными включениями толщиной более 50 % толщины ограждения (типа кирпичной кладки с теплоизоляционным слоем) приведенное термическое сопротивление теплопередаче (R0r) определяется следующим образом: а) выбирается характерная часть ограждающей конструкции; б) плоскостями, параллельными направлению теплового потока Q, ограждающая конструкция условно разрезается на характерные в теплотехническом отношении участки, из которых одни могут быть однородными (однослойными), а другие – неоднородными, из слоев с различными материалами (рис. 2). Рис. 2. Определение приведенного сопротивления теплопередаче неоднородной ограждающей конструкции в) определяется термическое сопротивление RаТ выделенных участков ограждающей конструкции I, II и III площадью F, F и F по формуле RаТ = , (12) где F1, F2, … Fn – площадь отдельных участков конструкции, м2; R1, R2, … Rn – термические сопротивления отдельных участков, определяемые по формуле (11) для однослойных однородных участков и по формуле (9) – для многослойных участков; г) плоскостями, перпендикулярными направлению теплового потока Q, конструкция условно разделяется на слои, из которых одни могут быть однородными, а другие – неоднородными, из однослойных участков разных материалов. д) определяется термическое сопротивление выделенных участков ограждающей конструкции RT как сумма термических сопротивлений отдельных однородных и неоднородных слоев по формуле RT = Ri1 + Ri2 + … + Rin + , (13) где Ri1, Ri2 и Rin – термические сопротивления однородных слоев участков конструкций; Rj1, Rj2 и Rjn – термические сопротивления неоднородных слоев участков конструкции; Fj1, Fj2 и Fjn – площади участков конструкции с неоднородными слоями, м2. Приведенное термическое сопротивление Rkr характерной части неоднородной ограждающей конструкции определяется по формуле Rkr = (RaТ + 2RТ)/3. (14) При этом величина Raт не должна превышать величину Rт более чем на 25 %. Приведенное сопротивление теплопередаче всей неоднородной ограждающей конструкции R0r следует определять по формуле (9), где Rk необходимо заменить на приведенное термическое сопротивление Rkr, установленное по формуле (14). 5.2.2. Приведенное сопротивление теплопередаче R0r наружных панельных и кирпичных стен с эффективным утеплителем жилых зданий рассчитывается по формуле R0r = R0усл r, (15) где R0усл – сопротивление теплопередаче панельных стен, условно определяемое по формулам (9) и (11) без учета теплопроводных включений; r– коэффициент теплотехнической однородности, принимаемый для панельных стен по приложению 4. При теплотехническом расчете трехслойных бетонных панелей толщина утеплителя должна быть не более 200 мм. 5.2.3. Для кирпичных стен жилых зданий с утеплителем принимают следующие коэффициенты теплотехнической однородности (r): – при толщине стены 510 мм – 0,74; – при толщине стены 640 мм – 0,69; – при толщине стены 780 мм – 0,64. В кирпичных стенах, как правило, утеплитель следует размещать с наружной стороны или внутри ограждающей конструкции. Не рекомендуется размещать теплоизоляцию с внутренней стороны из-за возможного накопления влаги в теплоизоляционном слое, однако в случае применения внутренней теплоизоляции поверхность ее со стороны помещения должна иметь сплошной пароизоляционный слой. 5.2.4. Приведенное сопротивление теплопередаче R0r светопрозрачных конструкций окон и балконных дверей, витрин и витражей, а также фонарей с вертикальным остеклением принимается по результатам сертификационных испытаний, а при их отсутствии – по приложению 5. 5.2.5. Выбор светопрозрачной конструкции осуществляется по величине нормируемого сопротивления теплопередаче Rreq, определенной по табл. 3 в зависимости от расчетного значения градусо-суток отопительного периода Dd. Если приведенное сопротивление теплопередаче выбранной светопрозрачной конструкции Rr0 будет больше или равно Rreq, то эта конструкция удовлетворяет требованиям норм. 6. Определение санитарно-гигиенических показателей тепловой защиты зданий и сооружений При теплотехническом расчете ограждающих конструкций кроме определения нормативных и приведенных значений сопротивлений теплопередаче (Rreq и Rro) необходимо проводить проверку на невыпадение конденсата на внутренних поверхностях ограждений и проверку температурного перепада между температурами внутреннего воздуха и на поверхности ограждающих конструкций. При определении температуры точки росы td (°С) относительную влажность внутреннего воздуха (%) следует принимать: – для помещений жилых зданий, больничных учреждений, диспансеров, амбулаторно-поликлинических учреждений, родильных домов, домов-интернатов для престарелых и инвалидов, общеобразовательных детских школ, детских садов, яслей, яслей-садов (комбинатов) и детских домов – 55 %, для помещений кухонь – 60 %, для ванных комнат – 65 %, для теплых подвалов и подполий с коммуникациями – 75 %; – для теплых чердаков жилых зданий – 55 %; – для помещений общественных зданий (кроме вышеуказанных) – 50 %. 6.1. Температуру внутренней поверхности si (°С) однородных однослойных или многослойных ограждающих конструкций с однородными слоями необходимо определять по формуле si = tint – , (16) где n, tint, text, R0, aint – то же, что и формуле (8) и (9). 6.2. Температуру внутренней поверхности наружных стен (sig.w), чердачного перекрытия (sig.f ) и покрытия (sig.c) теплого чердака следует определять по формуле si = tgint – , (17) где tgint – расчетная температура воздуха на чердаке, °С, принимаемая согласно п. 3.2.3 настоящих указаний; text – расчетная температура наружного воздуха, °С; gint – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности наружного ограждения теплого чердака,Вт/м2 · ºС,принимаемый: для стен – 8,7; для покрытий 7–9-этажных домов – 9,9; для покрытий 10–12-этажных домов – 10,5; для покрытий 13–16-этажных домов – 12,0 Вт/м2 · ºС; R0– требуемое сопротивление теплопередаче наружных стен (R0g.w), перекрытий (R0g.f) и покрытий теплого чердака (R0g.c), определяемое согласно пп. 4.2, 4.3, 4.4 настоящих указаний. 6.3. Температуру точки росы td (°С), в зависимости от температуры tint и относительной влажности int (%), воздуха помещения следует определять по приложению 6. 6.4. Температура точки росы (td) для ограждающих конструкций теплого чердака определяется следующим образом: а) устанавливается влагосодержание воздуха чердака fg: fg = fext +Δ f , (18) гдеfext – максимальное влагосодержание наружного воздуха, г/м3, при расчетной температуре text (°С) определяется по формуле fext = , (19) (eext– средняя упругость водяного пара за январь, гПа, определяется по табл. 5а СНиП 23-01–99); Δf – приращение влагосодержания за счет поступления влаги с воздухом из вентиляционных каналов, г/м3, принимается: – для домов с газовыми плитами 4,0 г/м3; – для домов с электроплитами 3,6 г/м3; б) рассчитывается действительная упругость водяного пара воздуха в теплом чердаке eg (ГПа) по формуле eg = ; (20) в) по таблицам максимальной упругости водяного пара согласно приложению 8 определяется температура точки росы (td) по значению Е =eg; г) полученное значение (td) сопоставляется с соответствующим значением sig.w,sig.fи sig.c на выполнение условия td sig.w,sig.fи sig.c; 6.5.Температурный перепад Δtо(°С) между температурой внутреннего воздуха tint (°С) и на поверхности ограждающих конструкций si (°С) определяется по формуле Δto = , (21) где n, tint и text , int, Ro – то же, что и в формуле (8) и (9). Для ограждающих конструкций «теплого» чердака и перекрытия над техподпольем в формулу при определении температурного перепада Δtо (°С), вместо text (°С), подставляются соответственно расчетная температура внутреннего воздуха теплого чердака tgint или техподполья tbint, принимаемые согласно п. 3.2.3. Нормативный температурный перепад Δtn (ºС) принимается по табл. 7. В случае невыполнения условия Δtо Δtn необходимо увеличить величину сопротивления теплопередаче Ro (м2·ºС/Вт) до значения, обеспечивающего это условие. 7. Расчет удельного расхода тепловой энергии на отопление зданий и сооружений Удельный (на 1 м2 отапливаемой площади пола квартир или полезной площади помещений или на 1 м3 отапливаемого объема) расход тепловой энергии на отопление здания qhdes [кДж/(м2°Ссут) или кДж/(м3°Ссут) должен быть меньше или равен нормируемому значению qh req кДж/ (м2°Ссут) или кДж/(м3°Ссут), т.е. q hreq q hdes , (22) гдеqh req – нормируемый удельный расход тепловой энергии на отопление здания, кДж/(м2°Ссут) или кДж/(м3°Ссут), определяемый для различных типов жилых и общественных зданий при подключении их к системам централизованного теплоснабжения по табл. 11 или 12. |