Тепловой расчет стены

Размещено на http://www.allbest.ru/

Казахская головная архитектурно-строительная академия

АКТИВНЫЙ РАЗДАТОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ

ФОЕНП

Практическое занятие №3

Дисциплина «Архитектурная физика»

Типовой расчет по теплофизике («Строительная физика», «Архитектурная физика»)

Тепловой расчет стены

Физические основы стены

Основные физические величины теплозащиты

Курс 4 Семестр 8, 2007/08 учебный год

3 кредита

Ассис. проф. Аймагамбетова Зауре Туленовна

1. Количество тепла Q: единица Вт · с Л

Под количеством тепла Q (Вт· с) понимают такое количество энергии, которое может быть отдано или воспринято телом при тепловом патоке Q (Вт) за секунду (1с).

Количества тепла: 1Дж = 1Вт · с = 1 Нм

Тепловой поток: 1 Дж/с = 1 Вт = 1 Нм/с

2. Теплопроводность л

л - маленькая греческая буква л (произносится лямбда). Расчетная величина теплопроводности показывает количество тепла в Вт· с, которое проходит в стационарном режиме (при постоянно работающем отоплении) в 1 секунду через 1м² слоя материала толщиной 1м, когда разница температур на внешней и внутренней поверхностях слоя составляет 1 Кельвин ().

Единица: Вт · с · м/с · м² ·К = Вт/(м · К)

Чем больше л, тем больше теплопроводность.

Чем меньше л, тем лучше теплоизоляция.

Теплопроводность зависит от:

· Плотности материала

Воздух имеет очень хорошее теплоизоляционные свойства (л = 0,02 Вт/м · К). Материалы с малой плотностью имеют, как правило, много воздушных пор, которые улучшают их теплоизоляционные свойства.

· Виды величины и распределение пор

Вид: круглые, шарообразные поры лучше, чем продолговатые.

Величина: много маленьких пор лучше, чем меньше количество больших. теплопередача сопротивление каркасный панельный

Распределение: равномерное распределение лучше, чем неравномерное.

· Влагосодержание материала

Оно зависит от:

· Структуры материала (поры, строение)

· Положения в конструкции (подход воздуха)

· Климатические воздействия (внутри - снаружи)

Увлажнение улучшает теплоизолирующую способность

· Температура материала

Молекулы теплых материалов более подвижны, чем молекулы холодных материалов. Чем ниже температура материала, тем хуже теплопроводность. Чтобы получить сравнимые значения DIN 4108 предписывает определять теплопроводность при температуре + 10⁰ С.

Коэффициент теплопередачи Л*

(Л - большая греческая буква Лямбда)

Коэффициент теплопередачи показывает, какое количество тепла (Вт· с) в стационарном режиме проходит через 1м² элемента однородной ограждающей конструкцией толщиной d (в м) за секунду, если разность температур поверхностей конструкции составляет 1 Кельвин ().

Единица л/ d = Вт/м · К/м = Вт/м² · К

Сопротивление теплопередачи R.

Для оценки ограждающей конструкции являются определяющим не то, какое количество тепловой энергии она пропускает, а то, как велико ее сопротивление пропусканию тепла.

Чем больше сопротивление теплопередаче конструкции, тем лучше ее теплоизолирующая способность.

Если конструкция состоит из нескольких слоев, то сопротивления теплопередаче отдельных слоев могут складываться.

Коэффициент теплообмена h.

Коэффициент теплообмена h выражает количества тепла (в Вт· с) которое в секунду (С) обменивается между 1м² поверхности твердого материала и касающимся его воздухом, когда разница температур между воздухом и поверхностью материала составляет 1 К.

Тогда, как в строительной конструкции тепло передается вследствие теплопроводности, на поверхностях стен теплопередача осуществляется за счет радиации h_s и конвекции h_k .

Так, например: зимой наружная стена внутри холоднее, чем внутренний воздух, тогда, как поверхность стены снаружи теплее наружного воздуха.

Для стен справедливо:

С внутренней стороны:

С наружней стороны:

Единица:

Вт · с/с · м²К = Вт/(м² К)

Коэффициент теплообмена зависит от:

· Температуры воздуха

· Движения воздуха

· Состояния и формы поверхности стены (гладкая, шероховатая)

· Положения ограждающей конструкции (горизонтально - вертикально)

· Конструктивного исполнения (однослойная - многослойная)

Сопротивление теплообмену R_S.

Единица: 1/(Вт/м² К) = м² К/Вт

Общий коэффициент теплопередачи U (величина U)

Под общим коэффициентом теплопередачи понимается вся транспортировка тепловой энергий от воздушного пространства через строительную конструкцию и снова в соседнее воздушное пространство за ограждающей конструкцией. В общий коэффициент теплопередачи наряду с коэффициентом теплопередачи Л входят также коэффициенты теплообмена h_i и h_e. Общий коэффициент теплопередачи U (Величина U) Представляет собой важнейшую характеристику строительной физики в теплозащите.

Чем меньше величина U, тем больше экономия энергии.

Для окон и других видов остекления даются сразу величины U.

Общие сопротивление теплопередаче R_Т (В СНиП И II-3-79*-R₀)

R - Сопротивление теплопередаче конструкции или термическое сопротивление.

Единица: м² К/Вт

Эту формулу обычно используют для расчета величины U (R_T>1/x>величина U). Эту формулу используют также для получения распределения температур внутри ограждающей конструкции.

Коэффициент удельной теплоемкости С.

Под этим понимают количество тепла, которое необходимо для того, чтобы поднять температуру материала массой 1 кг на 1 Кельвин (1К).

Единица:

Вт · с/ (кг · К) = Джоуль/ (кг · К)

Коэффициент теплопроницания b*

Коэффициент теплопроницания дает сведения о том, какое количество тепла (Вт · с) может проникнуть в материал через 1м² его поверхности так, чтобы нагреть его на 1 К за время с^0,5 .

Единица:

Дж/м² · К · с^0,5 = Вт · С/м² · К · с^0,5.

л в Вт/м · К

р в кг/м³

с в Дж/кг · К

Большой коэффициент теплопроницания:

Много тепла проникает в единицу времени в материал и мало тепла остается для нагревания воздуха в помещении.

Следствие: Помещение нагревается медленно.

Маленький коэффициент теплопроницания:

Меньше тепла проникает в единицу времени в материал, при этом остается больше тепловой энергии для нагревания воздуха в помещении. Для теплоты полов, и, соответственно, для нагревания стен коэффициент теплопроницания имеет решающие значение.

При одинаковой температуре бетонная поверхность ощущается более прохладной, чем деревянная. Для полов этот эффект, вследствие непосредственного контакта с телом человека, особенно заметен.

Таблица 1.1. Расчетные значения удельной теплоемкости с и коэффициента теплопроницания b.

Например: Бетон

Дерево

Указания по теплозащите по DIN 4108 (Нормы ФРГ)

Расчетные значения коэффициентов тепловосприятия и теплоотдачи и соответственно величин величин сопротивлений тепловосприятию и теплоотдаче по DIN 4108

№ п/п	Ограждающая конструкция3	Коэффициент теплопередачи	Сопротивление теплопередаче
1	Наружная стена(за исключением упомянутых в строке 2)	8	23	0,13	0,04
2	Наружная стена с вентилируемой воздушной прослойкой перед утеплителем, торцовая стена неутепленного чердака.	8	12	0,13	0,08
3	Межквартирные стены, внутренние стены лестничных клеток, стены между рабочими помещениями разных учреждений, перегородки отделяющие отапливаемое помещение от длительно неотапливаемого, торцовые стены, отапливаемых мансард.	8	3)	0,13	3)
4	Стены, входящие в землю, например, цокольные	8	?	0,13	0
5	Перекрытие или утепленная наклонная крыша, отделяющая отапливаемое помещение от наружного воздуха	8	23	0,13	0,04
6	Перекрытие над неотделанным чердаком или под вентилируемыми пространствами(например, вентилируемыми застрехами крыши)	8	12	0,13	0,08
7	Перекрытия, разделяющие квартиры или рабочие помещения разных учреждений. 7.1 Тепловой поток снизу вверх 7.2 Тепловой поток сверху вниз	10 6	3) 3)	0,10 0,17	3) 3)
8	Перекрытия над подвалами		3)		3)
9	Перекрытия разделяющее жилое помещение и наружный воздух снизу	6	23	0,17	0,04
10	Под первого этажа на земле	6	?	0,17	0

Примечания:

1. Для многослойных кладок с воздушной прослойкой по DIN 1053 действительна строчка 1.

2. Эти значения следует применять также при расчете сопротивления теплопередаче R₁ у панелей каркасно-панельных зданий с воздушной прослойкой по DIN 4108.

3. При расположенных внутри здания ограждающих конструкциях следует принимать коэффициенты теплообмена одинаковыми для обеих сторон конструкции.

Минимальные значения сопротивлений теплопередаче ограждающих конструкций по DIN 4108

Строка	Ограждающая конструкция		Сопротивление теплопередаче R в м2 · К/Вт
		Строка
1	Наружные стены, стены эксплуатируемых помещений, отделяющие их от помещений в земле, проездов, открытых подъездов, гаражей, от земли			1,2
2	Стены между помещениями разных хозяев, межквартирные стены.			0,07
3	Стены лестничных клеток.	3.1	На лестничные клетки с температурой значительно ниже температуры в помещениях (И?100С)	0,25
		3.2	На лестничные клетки с температурой И?100С, как например, а административных зданиях, магазинах, учебных зданиях, отелях, ресторанах и жилых зданиях.	0,07
4	Перекрытия между жилимы этажами, разделяющие квартиры, перекрытия между рабочими помещениями, принадлежащие разным хозяевам, перекрытия под помещениями между складами крыш и стенами мансарда.	4.1	Везде	0,35
		4.2	В административных зданиях с центральным отоплением	0,17
5	Нижняя граница зданий без подвалов, с постоянными пребыванием людей.	5.1	Пол по грунту при глубине помещения до 5м.	0,90
		5.2	Перекрытие над невентилируемым подпольем	0,90
6	Чердачные перекрытия в случае холодных чердаков: перекрытия под полупроходными ил еще более низкими помещениями; перекрытия между вентилируемыми застрехами кровель и вертикальными стенками мансард, утепленные скатные кровли мансард			0,90
7	Перекрытия над подвалами, над закрытыми неотапливаемыми тамбурами и т.п.			0,90
8	Перекрытия и крыши, которые отделяют эксплуатируемые помещения от наружного воздуха.	8.1	Над гаражами (в т.ч. неотапливаемыми), проездами и вентилируемыми полупроходными подпольями.	1,75
		8.2	Под крышами, перекрытиями под террасами, крыши перевернутого типа.	1,2

Минимальные значения этой таблицы действительны для всех ограждающих конструкций с поверхностной массой минимум 100 кг/м² и температуры в помещении минимум 19⁰ С. Минимальные значения действительны также для наиболее неблагоприятных мест.

Таблица 1.6. Допустимые коэффициенты теплопередачи для отдельных наружных ограждающих конструкций в малых зданиях: ? 2 полных этажей; ? 3 квартир

Строка	Ограждающая конструкция	Макс. коэффициент теплопередачи U в · Вт/ м2 · К
1	Наружные стены
2	Окна и двери с окнами, а также окна в мансардах
3	Перекрытия под неотделанными (неотапливаемыми чердаками и покрытия и перекрытия включая откосы крыш), которые отделяют помещения от наружного воздуха сверху или снизу.
4	Перекрытия над подвалами, стены и перекрытия, отделяющие неотапливаемые помещения, а также перекрытия над подпольями и цокольные стены

Требование считается выполненным, если кладка имеет толщину d = 36,5см и л=0,21Вт/м · К.

1) Средний эквивалентный коэффициент теплопередачи соответствует одному, усредненному по всем окнам и дверям с окнами, коэффициенту, причем солнечные теплопоступления взяты с учетом ориентации этих светопроемов.

^* В этой формуле индексы S, O, W, N означают ориентации Юг, Восток, Запад, Север, (eq - эквивалентный, m - средний, F - окно).

Пример 2.

Стены с наружным утеплителем.

Известково-гипсовая штукатурка

Известково-цементная штукатурка

Силикатный камень p = 700кг/м³

Пенополистирольные плиты

Рис 1.40. Состав стены

Требуется определить:

1. Сопротивление теплопередаче R и сравнить с DIN 4108

2. Общий коэффициент теплопередачи U (величину U) и сравнить с нормами по теплозащите (метод конструктивных элементов).

3. Распределение температур в сечении конструкции. Граничные условия по DIN 4108 при И_li = 20⁰ С; И_la = - 10⁰ C (И_li - Температура внутреннего воздуха, И_la - температура наружного воздуха ).

4. Теплонакопительную способность конструкции.

5. провести оценки конструкции.

Решение:

R = 2,10 м² К/Вт R_треб = 1,2 м² К/Вт > требование по DIN 4108 выполняется.

^1.

R = 2,27 м² К/Вт

U = 0,44 Вт/м² · К U_{допустимого} = 0,50 Вт/м² · К > требование по WSchVO (метод конструктивных элементов) - выполнено.

3.

1,6⁰С 0,3⁰С 4,5⁰С 22,7⁰С 0,3⁰С 0,6⁰С

R_T=2,27м² · К/Вт

 (4,1 = 20^о С-15,9^о С)

Q = 0,41 кВт · ч/м²

5. Чем резче падение температуры в отдельных слоях, тем большую роль они играют в общей теплоизолирующей способности конструкции. Вследствие наружного расположение слоя теплоизоляции температура на поверхности кладки падает только до +13,6^о С. Это означает, что кладка всегда будет теплой. Пологая часть графика распределения температур в стене показывает, что при отключении отоплении наружу будет передаваться небольшое количество тепловой энергии, так как ее передача будет задерживаться утеплителем. Поэтому не будет возникать трещин от температурных деформаций, внутренняя штукатурка и большая масса стены смогут выполнять важную задачу накопления тепла. Следствием является комфорт жилища летом и зимой.

Размещено на Allbest.ru