Теплотехнический расчет наружных ограждений здания

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ ВОДНЫХ КОММУНИКАЦИЙ»
Практическая работа №1
«Теплотехнический расчет наружных ограждений здания»
Выполнила студентка
группы ВЗО ГТС 3 курса
Афанасьева Г.Н.
Проверил Смирнов В.М.
Санкт-Петербург 2009 г.

Цель выполнения работы – приобретение опыта проектирования наружных ограждений здания на примере проектирования наружной стены, отвечающей санитарно-гигиеническим требованиям и условиям энергосбережения, а также приобретение навыков работы с нормативной литературой.
Теплотехнический расчет наружной стены здания выполняется в соответствии со СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника» и СНиП 23-01-99 «Строительная климатология».
Конечной целью расчета является вычисление толщины теплоизоляции при заданной толщине несущей части наружной стены или определение толщины несущей части стены (с учетом прочностных характеристик конструкционного материала) при заданной толщине теплоизоляции.

Таблица 1
Теплотехнические показатели используемых строительных материалов (по СНиП II-3-79*)

№ по схеме
Материал
Характеристика материала в сухом состоянии
Расчетные коэффициенты (при условии эксплуатации по приложению 2) СНиП II-3-79*

Плотность γ0, кг/м3
Коэффициент теплопроводности λ, Вт/м*°С
Теплопроводности λ, Вт/м*°С
Теплоусвоения (при периоде 24 ч) S, м2*°С/Вт

А
Б
А
Б

1
Цементно-песчаный раствор (поз. 71)
1800
0.57
0.76
0.93
9.6
11.09

2
Кирпичная кладка из сплошного кирпича глиняного обыкновенного (ГОСТ 530-80) на цементно-песчаном растворе (поз. 84)
1800
0.56
0.7
0.81
9.20
10.12

3
Маты минераловатные прошивные (ГОСТ 21880-94) и на синтетическом связующем (ГОСТ 9573-82) (поз. 131)
50
0.048
0.052
0.06
0.42
0.48

4
Листы гипсовые обшивочные (сухая штукатурка) (поз. 83)
800
0.15
0.19
0.21
0.34
0.66

1- штукатурка цементно-песчаный раствор
2- кирпичная стенка
3- утеплитель
4- воздушная прослойка
5- гипсокартонные плиты

Таблица 2
Условия эксплуатации ограждающих конструкций в зависимости от влажностного режима помещений и зон влажности

Влажностный режим помещений (по табл. 1 СНиП II-3-79*)
Условия эксплуатации А и Б в зонах влажности

Сухой
Нормальный
Влажный

Сухой Нормальный Влажный или мокрый
А А Б
А Б Б
Б Б Б

При выполнении расчетов принят нормальный влажностный режим в помещениях.
Вычислим требуемое сопротивление теплопередаче ограждения с учетом санитарно-гигиенических и комфортных условий по формуле
R0 тр = (tв – tn)* n (1)
Δ tn*αв
где tв – расчетная температура внутреннего воздуха ° С, принимаемая в соответствии с ГОСТ 12.1.1.005-88 и нормами проектирования соответствующих зданий и сооружений, принимается в практической работе равной +18 °С для административного здания в соответствии со СНиП;
tn – расчетная зимняя температура наружного воздуха, ° С, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0,92 по СНиП 23-01-99 и в соответствии с заданием по варианту №4 по г. Калининград принимается равной -19° С;
n – коэффициент, принимаемый по СНиП II-3-79* (таблица 3*) в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху и принимается равным n=1;
Δ tn – нормативный и температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции – устанавливается по СНиП II-3-79* (таблица 2*) и принимается равным Δ tn =4,5 °С;
αв — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций принимается по по СНиП II-3-79* (таблица 4*) и принимается равным αв = 8,7 Вт/м2*°С.
R0 тр = (18- (-19))*1 = 0,945
4,5* 8,7
Определим градусо-сутки отопительного периода по формуле
ГСОП= (tв – tот.пер)*zот.пер,
где tв — то же, что и в формуле (1);
tот.пер — средняя температура, °С, периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8 °С по СНиП 23-01-99;
zот.пер — продолжительность, сут., периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8 °С по СНиП 23-01-99;
ГСОП=(18-1,1)*193=3261,7 °С*сут.
Определим приведенное сопротивление теплопередаче R отр по условия энергосбережения в соответствии с требованиями СНиП II-3-79* (таблица 1б*) и санитарно-гигиенических и комфортных условий. Промежуточные значения определяем интерполяцией.

Таблица 3
Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций (по данным СНиП II-3-79*)

Здания и помещения
Градусо-сутки отпительного периода, ° С*сут
Приведенное сопротивление теплопередаче стен, не менее R0 тр (м2*°С)/Вт

Общественные административные и бытовые, за исключением помещений с влажным или мокрым режимом
3261,7
1,9

Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций R(0) принимаем как наибольшее из значений вычисленных ранее R0 тр=0,945< R0 тр=1,9, следовательно R0 тр=1,9 (м2*°С)/Вт=R(0).
Запишем уравнение для вычисления фактического сопротивления теплопередаче R0, ограждающей конструкции с использованием формулы в соответствии с заданной расчетной схемой и определим толщину δx расчетного слоя ограждения из условия
R0= 1+Σ δi + δx + 1 = R(0)
αн λi λx αв

,где δi – толщина отдельных слоев ограждения кроме расчетного в м;
λi – коэффициенты теплопроводности отдельных слоев ограждения (кроме расчетного слоя) в (Вт/м*°С) принимаются по СНиП II-3-79* (приложение 3*) – в практической работе таблица 2;
δx – толщина расчетного слоя наружного ограждения в м;
λx – коэффициент теплопроводности расчетного слоя наружного ограждения в (Вт/м*°С) принимаются по СНиП II-3-79* (приложение 3*) – в практической работе таблица 2;
αв — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций принимается по по СНиП II-3-79* (таблица 4*) и принимается равным αв = 8,7 Вт/м2*°С.
αн — коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающей конструкции принимается по по СНиП II-3-79* (таблица 4*) и принимается равным αн = 23 Вт/м2*°С.
Термическое сопротивление Rк (м2*°С/Вт), ограждающей конструкции с последовательно расположенными однородными слоями следует определять как сумму термических сопротивлений отдельных слоев
Rк = R1 + R2 …+ Rn + Rвп
где R1; R2;…Rn – термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции;
Rвп — термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки принимаемое по СНиП II-3-79* и принимается равным в соответствии с заданной расчетной схемой при толщине воздушной прослойки 0,03 м и при положительной температуре воздуха в прослойке Rвп = 0,14 м2*°С/Вт.
В конечном варианте уравнение для вычисления фактического сопротивления теплопередаче R0, ограждающей конструкции будет иметь следующий вид
R0= 1 + δ1 + δ2 + δx + δ4 + δ5 + Rвп + 1 = R(0)
R0= 1 + 0,02 + 0,12 + _δx_ + 0,12 + 0,0125 + 0,14 + 1_ = R(0) = 0,043+0,0215+0,148+ δx +0,148+0,059+0,14+0,115
23 0,93 0,81 0,06 0,81 0,21 8,7 0,06
→ R(0)=0,675+ δx = 1,9 → δx = (1,9-0,675)*0,06 = 0,0735 м.
0,06

Принимаем окончательную толщину расчетного слоя δф с округлением δx в сторону увеличения до ближайшего значения фактической толщины с учетом вида материала слоя. В соответствии с заданием в практической работе в качестве расчетного слоя рассчитывается утеплитель – маты минераловатные прошивные (ГОСТ 21880-94), поэтому δф принимается равным округлением в сторону увеличения до размеров конкретного утеплителя в соответствии с заданными типоразмерами по ГОСТ 21880-94 δф= 0,08 м.
Вычислим фактическое термическое сопротивление расчетного слоя по формуле
Rф = δф/λф =0,08/0,06=1,33 м2*°С/Вт.
Определим тепловую инерцию D ограждающей конструкции по формуле
D= R1*s1 + R2*s2 +… Rn*sn;
где R1, R2… Rn — термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции;
s1, s2 … sn; — расчетные коэффициенты теплоусвоения материала отдельных слоев ограждающих конструкций Вт/м2*°С, принимаемые по СНиП II-3-79*. Расчетный коэффициент теплоусвоения воздушных прослоек принимается равным нулю.
D= 0,0215*11,09+ 0,145*10,12+ 1,33*0,48+ 0,148*10,12 + 0,0595*0,66=3,91.