Теплотехническое проектирование тепловой защиты здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Теплотехнический расчет ограждающих конструкций производится для определения нужных теплоизоляционных материалов и их толщины, необходимые для обеспечения благоприятных условий, при разных климатических изменениях.

Теплотехническое проектирование тепловой защиты здания включает в себя:

1. Определение нормируемого значения сопротивления теплопередаче исходя из величины градусо-суток отопительного периода.

2. Определение требуемой толщины теплоизоляционного слоя в ограждающей конструкции.

3. Определение приведенного сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции, учитывающего участки с различной конструкцией по всей площади ограждения. Проверка выполнения необходимого условия превышения приведенного сопротивления теплопередаче проектируемой конструкции над требуемым значением.

4. Расчет температуры внутренней поверхности ограждающей конструкции в месте теплопроводного включения для оценки вероятности образования конденсата. Определение температурного перепада между температурами внутреннего воздуха и на внутренней поверхности ограждающей конструкции и сравнение его с нормативным значением.

5. Расчет нормируемого сопротивления паропроницанию наружных ограждающих конструкций, сравнение фактического сопротивления паропроницанию с нормируемыми значениями.

6. Определение нормируемого сопротивления воздухопроницанию наружных ограждающих конструкций, сравнение фактического сопротивления воздухопроницанию с нормируемыми значением.

7. Определение нормируемого сопротивления теплопередаче конструкции окна и подбор его конструкции.

1. Определение параметров наружных климатических условий соответствующего пункта строительства здания (г. Кызыл)

1.1 Расчетную температуру наружного воздуха t_ext,єC принимаем по средней температуре наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92 согласно СНиП 23-01-99 «Строительная климатология» для соответствующего пункта строительства. Для г. Кызыла t_ext = -47 єC.

1.2 Продолжительность отопительного периода z_ht, сут. и среднюю температуру наружного воздуха t_ht,єC в течение строительного периода принимаем согласно СНиП 23-01-99 (Табл. 1, графы 11 и 12 для всех случаев, за исключением медицинских и детских учреждений) для соответствующего пункта строительства. Для г. Кызыла

z_ht = 225 сут., t_ht = -15 єC.

2. Определение параметров внутренней среды здания и характеристик строительных материалов (9-ти этажный жилой дом)

2.1 Параметры воздуха внутри жилых и общественных зданий для холодного периода года, определяем по СП-23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий», табл. 1 из которой следует:

Температура воздуха внутри жилого здания t_int = 20--22єC (принимаем для наших расчетов t_int =20єC).

Относительная влажность внутри здания ц_int ? 55% (принимаем для наших расчетов ц_int ? 45%)

2.2 Обеспеченность условий эксплуатации ограждающих конструкций устанавливаем в зависимости от влажностного режима помещений и зон влажности следующим образом:

- по приложению в СНиП 23-02-2003 определяем зону влажности пункта строительства (г. Кызыл находится в зоне влажности 3. Это сухая зона влажности).

- по табл. 1 СНиП 23-02-2003 определяем влажностный режим помещений в зависимости от температуры и влажности помещений. При t_int = 20 єC, ц_int = 45% влажностный режим определяем как сухой.

- по табл. 2 СНиП 23-02-2003 условия эксплуатации ограждающих в зависимости от зон влажности пункта строительства и влажностного режима помещений. Для наших значений условия эксплуатации -- А

2.3 Расчетные показатели строительных материалов при проектировании теплозащиты стеновой панели принимаем по приложению Д Свода правил СП-23-101-24 для условий эксплуатации ограждающих конструкций А или Б. Для нашего примера условия эксплуатации - А

Расчетные показатели сводим в таблицу 2.1

№ Слоя	Материал слоя	Толщина слоя, д	Плотность p, кг/м3	Расчетные коэффициенты при условии эксплуатации А
				Теплопро-водность, л, Вт/м ?С	Тепло-усвоение, S, Вт/м2?С	Паропрони-цаемость µ, мг/(мцПа)	Массовые отклонения влаги в материале, w, %
1	Бетон на доменных гранулированных шлаках	60	1800	0,7	9,82	0,083	5
2	Пенополистирол	x	100	0,041	0,65	0,05	2
3	Бетон на доменных гранулированных шлаках	100	1800	0,7	9,82	0,083	5

Конструктивное решение панели - панель с жесткими связями, выполненными в виде армированных бетонных шпонок, проходящих через теплоизоляционный слой.

3. Выбор класса энергетической эффективности здания

Энергетическую эффективность жилого дома устанавливаем в соответствии с табл. 3 СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». Для нашего здания принимаем класс энергетической эффективности: А.

4. Определение показателей тепловой защиты здания

4.1 Определение сопротивления теплопередаче участка стены R₀ ^con, принимаем не менее нормируемых значений R_reg, определяемых в зависимости от градусо-суток Dd района строительства (табл. 4 СНиП 23 - 02 - 2003).

Градусо-сутки отопительного периода Dd определяем по формуле (1)

Dd = (t_{int -} t_ht) z_ht (1)

Согласно пункта 1.2

z_ht = 225 сут., t_ht = -15єC

Температура воздуха внутри здания t_int =20єC

Dd = (20-(-15))·225 = 7875єC сут.

На основании примечания табл. 4 СНиП 23-02-2003

R_{reg =} a Dd ₊ b (2)

Определяем коэффициенты a, b.

R_{reg =} 0,00035·7875 + 1,4 = 4,16 м² єС/Вт

4.1.1 Определяем сопротивления теплопередаче многослойной стеновой панели R_0, м²єС/Вт по СП 23 - 101 - 2004 формула 8

R₀ ^con = + + + +

Определяем толщину слоя утеплителя

Согласно СНиП 23 - 02 - 2003 приведенное сопротивление теплопередаче R₀ ^con следует принимать не менее R_reg, т.е. теплопроводность R₀ ^con = R_reg

R₀ ^con = R_Si + R_K + R_Se = + R_K + ; (3)

где:

- коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемый по табл. 7 СНиП 23 - 02 - 2003;

= 8,7 Вт/м²єС

- коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для условий холодного периода, принимаемый по табл. 8 СП 23 - 101 - 2004;

= 23 Вт/м²єС

R_K - термическое сопротивление ограждающей конструкции, м²єС/Вт;

R_K = R₁ + R₂ + …+ R_n + R_al (4)

где: R_1, R_2, … R_n - термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, м²єС/Вт, определяемые по формуле (5).

R_al - термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки, м²єС/Вт.

R_1,2…n = (5)

где:

д - толщина слоя, м;

- расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/м²єС, принимаемый по приложению Д СП 23-101-2004.

Согласно формуле (3):

R₀ ^con = + R₁ + R₂ + R₃ + = + + + +

4,16 = + 0,39; д = 0,155м

Общая толщина стеновой конструкции будет равна:

д_щ = 0,06 + 0,155 + 0,1 = 0,315 м

4.2 Определение приведенного сопротивления панелей на жестких связях - R₀ ^r

Согласно п. 9.1.4. СП 23-101-2004 допускается приведенное сопротивление теплопередаче R₀ ^r наружной стеновой панели на жестких связях определяем по формуле

R₀ ^r (6)

Наружный и внутренний железобетонные слои, связанные между собой жесткими связями, выполненные в виде армированных бетонных шпонок, проходящих через теплоизоляционный слой, в количестве 12 шт.

A - общая площадь панели без учета проема окна,м²;

A₁ - суммарная площадь шпонок (12 шт), м²

A₂ = A - A₁

- сопротивление теплопередаче панели на жестких связях, м²єС/Вт.

- сопротивление теплопередаче многослойной стеновой панели, м²єС/Вт.

= + + = 0,39

+ + + + = 4,16

A = 2(2,8·0,85) + 1,5·0,8 + 0,5·1,5 = 6,71

A₁ = 12(0,12·0,12) = 0,17

A₂ = 6,71 - 0,17 = 6,54

R₀ ^r 3,34 м²єС/Вт

R₀ ^r R_reg ; 3,34 4,16

Сопоставление полученных значений приведенного сопротивления теплопередаче панели на жестких связях, равное 3,34 м²єС/Вт, с приведенным сопротивлением теплопередаче R_reg =4,16 м²єС/Вт, определенного по табл. 4 СНиП 23 02-2003, показывает, что конструкция панели не обеспечивает требование к теплозащите наружных стен жилых зданий. Необходимо увеличить толщину утеплителя до 0,22 м.

4.3 Расчет температуры внутренней поверхности ограждающей конструкции для оценки вероятности образования конденсата

Температуру внутренней поверхности многослойной ограждающей конструкции с однородными слоями следует определять по формуле (25) СП 23 - 101 - 2004.

ф_si = t_int - [n(t_int - t_ext)]/(R_oa_int)



п - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху, принимаемый согласно таблице 6 СНиП 23-02 с учетом примечания к этой таблице;

t_int - расчетная температура внутреннего воздуха, °С.

t_ext - расчетная температура наружного воздуха, °С.

a_int - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаемый по таблице 7 СНиП 23 - 02, Вт/(м²·°С).

R_o - сопротивление теплопередаче многослойной ограждающей конструкции, м²Ч°С/Вт.

ф_si = 20 - = 18,66 °С

Согласно приложению Р СП 23 - 01 - 2004, температура точки росы t_d для сочетания температуры t_int =20 єC и относительной влажности ц_int = 45% воздуха в помещении t_d = 7,72?С.

ф_si = 18,66 ?С > t_d = 7,72?С,

следовательно, условие не выпадения конденсата на внутренней поверхности стеновой панели соблюдается.

5. Определение воздухопроницаемости наружных ограждающих конструкций

Сопротивление воздухопроницанию наружных ограждающих конструкций согласно СНиП 23-02-2003, должно быть не менее нормируемого

Нормированное сопротивление воздухопроницанию определяем по формуле: строительный конструкция тепловой защита

м² ч /кг

G_n - нормируемая воздухопроницаемость ограждающих конструкций, кг/м²ч, принимаем в соответствии с п. 8.3 табл. 11 СНиП 23-02-2003

G_n = 0,5

- разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций, определяем по п. 8.2 СНиП 23 - 02 - 2003

0,55H (

H - высота здания от уровня пола первого этажа до верха вытяжной шахты, м. H = 30 м

- максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь, повторяемость которых составляет 16% и более, принимаемая по таблице 1 СНиП 23-01-99;

= 1,7 м/сек

- удельный вес соответственно наружного и внутреннего воздуха, H/м³, определяемого по формуле:

г = 3463/(273 + t)

t - температура воздуха внутреннего и наружного, ?С.

г_ext = = 15,3 H/м³

г_int = = 11,8 H/м³

= 0,55·30(15,3 - 11,8) + 0,03·15,3·1,7² = 59,08

Тогда = = 118,16 м² ч /кг

Сопротивление воздухопроницанию многослойной ограждающей конструкции определяем по формуле (67) СП 23 - 101 - 2004

=+ + …

где , … - сопротивление воздухопроницанию отдельных слоев ограждающей конструкции, м² ч /кг, принимаемые по табл. 17 СП 23-101-2004

Суммарная толщина наружного и внутреннего слоев железобетона составляет 160 мм

= 216 м² ч /кг; пенополистирола 79.

Следовательно,

= 295 м² ч /кг > = 118,16 м² ч /кг

6. Определение сопротивления паропроницанию наружной ограждающей конструкции

Сопротивление паропроницанию R_vp м² ч /мг стеновой конструкции (в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации) должно быть не менее наибольшего из следующих нормируемых сопротивлений паропроницанию:

а) нормируемого сопротивления паропроницанию , из условия недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период эксплуатации.

б) нормируемого сопротивления паропроницанию , из условия ограничения влаги в ограждающей конструкции за период с отрицательными средними месячными температурами наружного воздуха

и

6.1 Определяем нормируемое сопротивление паропроницанию

- парциальное давление водяного пара внутреннего воздуха, Па, при расчетной температуре и влажности этого воздуха

ц_int - относительная влажность воздуха в %

Е_int - парциальное давление насыщенного водяного пара, Па, при температуре t_int (принимается по табл. С. 2 приложение С, СП 23-101-2004.

= 1052,1 Па

Определяем плоскость возможной конденсации в нашей стеновой конструкции. Согласно примечанию 3 п. 9.1 СНиП 23 - 02 - 2003, плоскость возможной конденсации в многослойной конструкции совпадает с наружной поверхностью утеплителя.

- сопротивление паропроницанию, м² ч б/мг части ограждающей конструкции, расположенной между наружной поверхностью ограждающей конструкции и плоскостью возможной конденсации, определяемое по СП 23 - 101 - 2004 формула (79).

;

д - толщина слоя ограждающей конструкции, д = 0,06 м

µ - расчетный коэффициент паропроницаемости материала ограждающей конструкции, принимается по приложению Д СП 23 - 101 - 2004, µ = 0,083 мг/м ч рб

= 0,72 м² ч б/мг

- среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха, Па, за годовой период, определяемое по табл. 5а^* СНиП 23 - 01 - 99

= 493,3 Па

Е - парциальное давление водяного пара, Па, в плоскости возможной конденсации за годовой период эксплуатации

Е = ;

z₁, z_2, z₃ - продолжительность, мес., зимнего, весенне-осеннего и летнего периодов согласно табл. 3* СНиП 23-01-99.

E₁, E₂, E₃ - парциальное давление водяного пара, Па, принимаемое по температуре в плоскости возможной конденсации, определяемой по средней температуре наружного воздуха соответственно зимнего, весенне-осеннего и летнего периодов.

Предварительно по СНиП 23-01-99 устанавливаем продолжительность и среднюю температуру периодов:

а) к зимнему периоду относятся 5 месяцев: I, II, III, XI, XII

z₁ = 5 мес; t₁ = -23,9?С

б) к весенне-осеннему периоду относятся 2 месяца: IV, X

z₂ = 2 мес; t₂ = 1,1?С

в) к летнему периоду относятся 5 месяцев: V, VI, VII, VIII, IX

z₃ = 5 мес; t₃ = 15,2?С

Температуру в плоскости возможной конденсации определяем по формуле (74) СП 23 - 101 - 2004

ф_i = t_int -

R₀ - сопротивление теплопередаче ограждения, м² ?С/Вт

R₀ = + + = = 4,2

- термическое сопротивление слоя ограждения в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации, м²?С/Вт

Температура в плоскости возможной конденсации для каждого периода составит: для зимы:

ф₁ = 20 - 22,8?С

для весенне-осеннего периода:

ф₂ = 20 - = 1,6?С

для летнего периода:

ф₃ = 20 - = 15,4?С



По температурам (t₁, t₂, t₃) для соответствующих периодов определяем по приложению С СП 23-01-2004 парциальные давления (E₁, E₂, E₃) водяного пара

E₁ = 79 Па; E₂ = 687 Па; E₃ = 1749 Па

Тогда

Е = 876,7 Па

Определяем

м² ч б/мг

6.2 Определяем нормируемое сопротивление паропроницанию

- продолжительность, сут., влагонакопления, принимается равной периоду с отрицательными средними месячными температурами наружного воздуха по СНиП 23-01-99.

Согласно СНиП 23-01-99 табл. 3 месяцы с отрицательными температурами для г. Кызыла относятся 5 месяцев в году I, II, III, XI, XII. Следовательно, продолжительность периода с отрицательными температурами равна

= 30 сут. x 5 = 150 сут.



Средняя температура периода с отрицательными температурами составит

t₀ = = -23,9 ?С

Температура ф₀ в плоскости возможной конденсации

t₀ = t_int - = 20 - ?С

При температуре в плоскости возможной конденсации равной ф₀ = -22,8?С определяем парциальное давление водяного пара E₀, Па, E₀ = 79 Па

Согласно СНиП 23-02-2003 в многослойной ограждающей конструкции увлажняемым слоем является утеплитель пенополистирол плотностью

= = 100 кг/м³ при толщине д_w = 0,155 м. Предельно допустимое приращение расчетного массового отношения влаги в этом материале согласно СНиП 23 - 02 - 2003, табл. 12 = 25%

Определяем коэффициент з по формуле (20) СНиП 23-02-2003

з = 0,0024

Определяем среднюю упругость водяного пара наружного воздуха периода месяцев с отрицательными средними месячными температурами

= 88,8 Па

Тогда

з = = - 4,9

- сопротивление паропроницаемости ограждающей конструкции, расположенной между поверхностью и плоскостью возможной конденсации

= = = 0,72

Определяем

= 0,92 м² ч Па/мг

6.3 Определение сопротивления паропроницанию наружной стены от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации

Определяем сопротивление паропроницанию наружной стены от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации:

= + = + = + = 4,5 м² ч Па/мг

При сравнении полученного значения с нормируемыми устанавливаем, что

, т.е. 4,5 0,92 0,33 м² ч Па/мг

Следовательно, ограждающая конструкция наружной стены удовлетворяет требованиям СНиП 23 - 02 - 2003 в отношении сопротивления паропроницанию.



7. Определение нормируемого сопротивления теплопередаче конструкции окна

На практике строительства жилых и общественных зданий применяется одинарное, двойное и тройное остекление в деревянных, пластмассовых или металлических переплетах, спаренное или раздельное. Теплотехнический расчет балконных дверей и заполнений световых проемов, а также выбор их конструкций осуществляется в зависимости от района строительства и назначения помещений.

Требуемое термическое общее сопротивление теплопередаче, (мІЧ єС)/Вт, для световых проемов определяется согласно [СНиП II-3-79, табл. 1б] в зависимости от величины ГСОП.

Затем по [3, прил. 6] и найденному значению выбирается конструкция светового проема с приведенным сопротивлением теплопередаче.

ГСОП = (20-(-15))·225 = 7875єC сут

Определяем R₀^тр = 0,68 (м²°С)/Вт

Выбираем конструкцию окна в зависимости от величины R₀^тр =0,7 (м² °С)/Вт.

Таким образом, принимаем - два однокамерных стеклопакета в спаренных переплетах.

Коэффициент теплопередачи остекления:

k = Вт/(мІЧєС)

Размещено на Allbest.ru