Комплексный теплотехнический расчет наружных ограждающих

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Томский государственный архитектурно-строительный
университет»
КОМПЛЕКСНЫЙ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
НАРУЖНЫХ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ
ЗДАНИЙ
Методические указания
к курсовому проектированию
Составители:
А.С. Самохвалов
И.В. Головных
Томск 2013
Теплотехнический расчет наружных ограждающих конструкций: методические указания / Составители А.С. Самохвалов,
И.В. Головных. – Томск : Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та.,
2013. – 38 с.
Рецензент: д.т.н., профессор С.Н. Овсянников
Редактор: к.т.н., доцент В.Э. Дизендорф
Методические указания к курсовому и дипломному проектированию, выполнению расчетных работ по дисциплине «Строительная
физика» для студентов направлений 270800 «Строительство», 270100
«Архитектура», 270300 «Дизайн архитектурной среды», 270200 «Реконструкция и реставрация архитектурного наследия» очной и заочной форм обучения, а так же для подготовки бакалавров всех форм
обучения.
Печатается по решению методического семинара кафедры Архитектуры гражданских и промышленных зданий, протокол №1от
20.12.2012г.
Утверждены и введены в действие проректором по учебной работе 01.09.2013 В.В. Дзюбо
Подписано в печать 12.04.2013
Формат 6090/16. Бумага офсет. Гарнитура Таймс
Уч.-изд. л. 2,1. Тираж 51. Заказ №____
Изд-во ТГАСУ, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2.
Отпечатано с оригинал-макета в ООП ТГАСУ.
634003, г. Томск, ул. Партизанская, 15.
2
Содержание
Введение………………………………………………........................ 4
Проектирование тепловой защиты зданий…..................................... 6
Нормирование тепловой защиты зданий…………………………… 7
Расчёт многослойной ограждающей конструкции………………… 10
Расчёт сопротивления теплопередаче ограждений…………………12
Расчёт термического сопротивления ограждения…………………..13
Расчёт приведённого сопротивления теплопередаче……………… 17
Санитарно-гигиенические требования к ограждающим
конструкциям……………………………………………………......... 21
Ограничение температуры на внутренней поверхности ограждающей конструкции……………………………………………….. 21
Расчёт паропроницаемости ограждающих конструкций………….. 25
Расчёт воздухопроницаемости наружных ограждающих
конструкций……………………........................................................... 33
Выбор светопрозрачных ограждающих конструкций....................... 35
Вопросы для самопроверки………………………………………….. 37
Список литературы…………………………………………………... 38
3
Введение
Методические указания составлены для студентов направления подготовки бакалавров 270800 «Строительство» профиля
подготовки «Промышленное и гражданское строительство»,
всех форм обучения, выполняющих курсовую работу по дисциплине Б2.В.1. «Строительная физика». В указаниях излагается
методика комплексного теплотехнического расчета наружных
ограждающих конструкций зданий, методика выбора светопрозрачных ограждающих конструкций. В процессе выполнения
курсовой работы формируются следующие, предусмотренные
Федеральным государственным образовательным стандартом
(ФГОС-3), компетенции: ОК-1: владение культурой мышления,
способность к обобщению, анализу, восприятию информации,
постановке цели и выбору путей ее достижения. ОК-8: осознание социальной значимости своей будущей профессии, обладание высокой мотивацией к выполнению профессиональной деятельности. ОК-5: способность использовать нормативные правовые документы в своей деятельности. ПК-1: способность
осуществлять информационный поиск по системам объектов
исследования. ПК-8: способность проводить предварительное
технико-экономическое обоснование проектных расчетов, разрабатывать проектную и рабочую техническую документацию.
Работа над курсовой работой способствует приобретению
студентом:
Знаний: Климатической оценки территории. Методов построения климатических карт и физических основ теплопередачи. Систем нормирования теплозащиты и норм климатических
параметров территорий и помещений.
Умений: Планирования и осуществления своей деятельности. Выполнения расчета инсоляции и построения солнечных
теней. Выполнения построения розы ветров и ветровых теней.
Определения режимов эксплуатации помещений для различных
климатических районов и периодов. Определения нормируемого сопротивления теплопередаче наружных ограждений. Опре4
деления толщины теплоизоляционного слоя в различных
наружных ограждающих конструкциях. Определения приведенного сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции.
Определения температуры на внутренней поверхности ограждающей конструкции в месте теплопроводного включения и
оценивания вероятности образования конденсата. Определения
температурного перепада между температурой внутреннего
воздуха и температурой на внутренней поверхности ограждающей конструкции. Определения сопротивления паропроницанию наружной ограждающей конструкции и сравнения его с
нормативными значениями. Определения сопротивления воздухопроницанию ограждающих конструкций и конструкций окон
и сравнения его с нормативными значениями. Подбирать конструкции окон для конкретных климатических условий и типов
зданий. Пользования справочной литературой по направлению
своей профессиональной деятельности.
Навыков: Приемов проектирования ограждающих конструкций и внутреннего климата помещений. Приемов проектирования ветрового, инсоляционного режима, а также приемов
защиты территорий от снегозаносов. Инженерной терминологией в области строительной физики и климатологии.
5
Проектирование тепловой защиты зданий
Здание представляет собой замкнутый объем, отделенный
от внешней среды наружными ограждающими конструкциями.
Внутри здания должны поддерживаться параметры микроклимата, основными из которых являются температура и относительная влажность внутреннего воздуха, обеспечивающие комфортные условия для работы, проживания и отдыха. При этом
параметры наружной среды постоянно меняются.
В холодный период года через наружные ограждающие
конструкции происходят потери тепла, которые компенсируются теплопоступлением от системы отопления, а также в незначительной степени бытовыми тепловыделениями (включая тепло
человека) и солнечной радиацией.
На рисунке 1 приведена схема тепловых потерь и поступлений через оболочку здания.
Рисунок 1. Схема теплопотерь и теплопоступлений в здании.
Величина тепловых потерь через наружные ограждающие
конструкции зависит от их теплотехнических характеристик.
6
Показателем, характеризующим, теплотехнические характеристики наружных ограждающих конструкций является сопротивление теплопередаче
Размерность сопротивления теплопередаче
. Физический смысл: сопротивление теплопередаче численно равно разности температур между температурами
воздуха с внутренней и наружной стороны ограждения, при которой за 1 час через 1 м2 проходит 1 ватт тепла. То есть, чем
выше сопротивление теплопередаче , тем меньшее количество
тепла будет теряться через ограждающую конструкцию в единицу времени.
Нормирование тепловой защиты зданий
Тепловая защита зданий нормируется в соответствии со
СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». Нормами установлены три показателя тепловой защиты здания:
а) приведенное сопротивление теплопередаче отдельных
элементов ограждающих конструкций здания;
б) санитарно-гигиенический, включающий температурный
перепад между температурами внутреннего воздуха и на поверхности ограждающих конструкций и температуру на внутренней поверхности выше температуры точки росы;
в) 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.
Требования тепловой защиты здания будут выполнены,
если в жилых и общественных зданиях будут соблюдены требования показателей "а" и "б" либо "б" и "в". В зданиях производственного назначения необходимо соблюдать требования показателей "а" и "б".
Первый показатель "а" регламентирует сопротивление
теплопередаче отдельных видов ограждающих конструкций
зданий (стен, чердачных перекрытий, покрытий, окон и балкон7
ных дверей, фонарей), которое должно быть не меньше нормируемого значения
, определяемого по таблице 4 СНиП 2302-2003 «Тепловая защита зданий», для соответствующего вида
ограждающей конструкции и типа здания. Нормируемое сопротивление теплопередаче
определяется в зависимости от величины градусо-суток отопительного периода района строительства и определяется по формуле
где
– расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С, принимаемая для расчета ограждающих конструкций группы зданий по позиции 1 таблицы 4 (жилые здания,
а также лечебно-профилактические и детские учреждения, школы, интернаты, гостиницы общежития) по минимальным значениям оптимальной температуры соответствующих зданий по
ГОСТ 30494-96 «Здания жилые и общественные. Параметры
микроклимата в помещениях» (в интервале 20-22°С), для группы зданий по позиции 2 таблицы 4 (общественные здания, административные и бытовые, производственные и другие здания
и помещения с влажным и мокрым режимом) – согласно классификации помещений и минимальных значений оптимальной
температуры по ГОСТ 30494-96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях» (в интервале 1621°С), зданий по позиции 3 таблицы 4 – по нормам проектирования соответствующих зданий;
,
– средняя температура наружного воздуха, °С, и
продолжительность, сут, отопительного периода, принимаемые
по СНиП 23-01-99* «Строительная климатология» для периода
со средней суточной температурой наружного воздуха не более
10°С – при проектировании лечебно-профилактических, детских
учреждений и домов-интернатов для престарелых, и не более
8°С – в остальных случаях.
Нормируемое значение
для различных видов ограждающих конструкций определяется по формуле
8
где a, b – коэффициенты, значения которых следует принимать по данным таблицы 4 СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» для соответствующих групп зданий и видов
ограждающих конструкций.
Примеры расчета нормируемого сопротивления теплопередаче
Требуется определить нормируемое сопротивление теплопередаче стен, покрытий и перекрытий над проездами, чердачных перекрытий, окон и балконных дверей, фонарей с вертикальным остеклением жилых зданий для условий города Томска.
В соответствии со СНиП 23-01-99* «Строительная климатология», таблица 1, продолжительность отопительного периода
со средней суточной температурой наружного воздуха не более
8°С в городе Томске
а его средняя температура
.
Температура внутреннего воздуха в жилом здании в соответствии с ГОСТ 30494-96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях», таблица 1,
,
так как температура наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 для условий города Томска составляет
(СНиП 23-01-99* «Строительная климатология», таблица 1).
Тогда, величина градусо-суток отопительного периода для
города Томска составит:
(
)
Нормируемое сопротивление теплопередаче
для стен
составит:
Нормируемое сопротивление теплопередаче
крытий и перекрытий над проездами составит:
для по-
9
Нормируемое сопротивление теплопередаче
дачных перекрытий составит:
для чер-
Нормируемое сопротивление теплопередаче
и балконных дверей составит:
для окон
Нормируемое сопротивление теплопередаче
нарей с вертикальным остеклением составит:
для фо-
Расчет многослойной ограждающей конструкции
Современные конструкции наружных стен, как правило,
представляют собой многослойную конструкцию, состоящую из
прочного внутреннего слоя, эффективного теплоизоляционного
материала и наружного облицовочного слоя.
Современные теплоизоляционные материалы, как правило,
изготавливаются из пенополистирола, экструзионного пенополистирола, минераловатных плит и стекловолокнистых плит.
Данные материалы имеют небольшую плотность от 10 кг/м 3 и
обладают наилучшими теплозащитными свойствами.
Расчет сопротивления теплопередаче ограждений
При разности температур воздуха с одной и с другой стороны ограждения температурная линия непрерывно снижается.
Графически, изменение температуры при прохождении теплового потока через плоскую однородную стенку приведено на рисунке 2.
10
Рисунок 2. График изменения температуры в однородной стене.
Воздух с внутренней стороны стены имеет температуру
t int , а с наружной стороны t ext , причём t int > t ext . Температурная
линия показывает, что падение температуры происходит не
только в толще самой стены, но и у её поверхностей, так как
температура внутренней поверхности стены  si < t int и температура наружной поверхности  se > t ext . Так как падением температуры при прохождении теплового потока вызывается термическими сопротивлениями, то из температурной кривой видно, что
сопротивление теплопередаче ограждения состоит из 3-х отдельных сопротивлений:
1.
Сопротивления при переходе теплоты от внутреннего воздуха к внутренней поверхности ограждения; это сопротивление
называется сопротивлением тепловосприятию Rsi и вызывает
температурный перепад t int -  si ;
11
2.
Сопротивления при прохождении теплоты через толщу самого ограждения; это сопротивление называется термическим
сопротивление R и вызывает температурный перепад  si -  se ;
3.
Сопротивления при переходе теплоты от наружной поверхности к наружному воздуху; это сопротивление называется
сопротивлением теплоотдаче Rse и вызывает температурный
перепад  se - t ext .
Таким образом, сопротивление теплопередаче ограждения
может быть выражено:
R0  Rsi  R  Rse
Сопротивления тепловосприятию и теплоотдаче объединяют общим названием сопротивлений теплоотдаче у внутренней и наружной поверхностей, а иногда просто – сопротивлением теплопереходу. Размерность этих сопротивлений та же, что и
сопротивления теплопередаче, т.е.
. Они выражаются
разностью температур, которую необходимо создать между воздухом и поверхностью ограждения, чтобы тепловой поток между воздухом и поверхностью был равен 1 Вт/м2.
Величины, обратные сопротивлениям теплопереходу,
называются коэффициентами теплоотдачи и обозначаются: коэффициент теплоотдачи у внутренней поверхности  int и коэффициент теплоотдачи у наружной поверхности  ext , при этом
1
1
Rsi =
, Rse =
.
 ext
 int
Размерность этих коэффициентов
. Они выра2
жают тепловой поток в ваттах на 1 м , проходящий между воздухом и поверхностью ограждения при разности температур
между ними равной 1°С.
Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности
ограждающей конструкции
определяется по таблице 7
СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», а коэффициент
12
теплоотдачи наружной поверхности
для условий холодного
периода определяется по таблице 8 СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий»
Расчет термического сопротивления ограждения
Термическое сопротивление ,
, однородного
слоя многослойной ограждающей конструкции, а также однослойной ограждающей конструкции следует определять по
формуле:
где – толщина слоя, м;
– расчетный коэффициент теплопроводности материала
слоя, Вт/(м·°С), принимаемый по приложению Д СП 23-1012004, в зависимости от условий эксплуатации.
Условие эксплуатации ограждающих конструкций определяется по таблице 2 СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», в зависимости от влажностного режима помещений зданий и зоны влажности района строительства. Влажностный режим помещений зданий определяется по таблице 1 СНиП 23-022003 «Тепловая защита зданий». Расчетная относительная влажность внутреннего воздуха
определяется по примечанию к
пункту 5.9 СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» и составляет:
 для помещений жилых зданий
,
 для помещений общественных зданий
.
Зону влажности района строительства на территории Российской Федерации следует принимать по приложению В СНиП
23-02-2003 «Тепловая защита зданий».
Термическое сопротивление ограждающей конструкции
,
, с последовательно расположенными однородными слоями следует определять как сумму термических сопротивлений отдельных слоев
,
13
где
– термические сопротивления отдельных
слоев ограждающей конструкции,
;
– термическое сопротивление замкнутой воздушной
прослойки, принимаемое по таблице 7 СП 23-101-2004.
В связи с тем, что коэффициенты теплопроводности теплоизоляционных материалов имеют маленькие значения, а их
толщины меняется в небольших пределах для разных климатических условий территории России, поэтому при выполнении
теплотехнических расчетов многослойных ограждающих конструкций зданий расчетом определяется лишь толщина теплоизоляционного материала, а остальные слои ограждающей конструкции имеют заданную конструктивную толщину.
Пример расчета толщины теплоизоляционного слоя
конструкции стены жилого здания для условий города Томска
Требуется определить толщину теплоизоляционного слоя,
находящегося в составе конструкции стены, приведенной на рисунке 3. Теплотехнические показатели материалов конструкции
стены приведены в таблице 1.
Рисунок 3. К расчету толщины теплоизоляционного слоя конструкции стены.
14
Таблица 1
Теплотехнические показатели материалов конструкции стены
№
п/
п
Материал слоя
1.
Цементнопесчаный раствор
Кирпичная кладка
из кирпича глиня2. ного обыкновенного на цементнопесчаном растворе
Расчетные коэффициенты теплоТолщина
Плотность, проводности, ,
слоя,
при
,м
условии эксплуатации Б
0,02
1800
0,93
0,38
1800
0,81
100
0,052
1800
0,81
Теплоизоляцион3. ный материал (пенополистирол)
Кирпичная кладка
из кирпича глиня4. ного обыкновенного на цементнопесчаном растворе
0,12
15
В соответствии с требования СНиП 23-02-2003, сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции должно быть
не меньше нормируемого значения, т.е.,
.
Сопротивления теплопередаче многослойной конструкции
стены
определяется по формуле:
где:
– коэффициент теплоотдачи
внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемый по таблице 7 СНиП 23-02-2003;
– коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для условий холодного периода, принимаемый по таблице 8 СП 23-101-2004;
Термическое сопротивление 4-х слойной конструкции стены определяется как сумма термических сопротивлений отдельных её слоёв:
Тогда приведенное выше неравенство примет вид:
Заменив в уравнении неизвестное значение
на известное
, решаем уравнение с одним неизвестной, которой является толщина теплоизоляционного слоя:
м
Округляя толщину теплоизоляционного слоя в большую
сторону до целых сантиметров, принимаем её равной 0,16 м.
Тогда сопротивление теплопередаче конструкции стены
будет равно:
16
что больше, чем
, т.е., условие
выполняется.
Расчет приведённого сопротивления теплопередаче
Современные многослойные конструкции наружных стен
имеют неоднородную структуру, связанную с необходимостью
крепления наружного облицовочного слоя. В этом случае элементы крепления наружных облицовочных слоев выполняются
из прочных материалов с высокой плотностью и теплопроводностью, а теплоизоляционный слой прокалывается насквозь
теплопроводными включениями, называемыми также «мостиками холода».
Для подобных конструкций требуется выполнить расчет
приведённого сопротивления теплопередаче, который учитывает
разного рода теплопроводные включения, их площадь и сопротивление теплопередаче.
Точный расчет приведённого сопротивления теплопередаче выполняется с помощью расчета температурных полей выполняемых различными программными продуктами (например,
Temper 3D, Elcut, Alfa 3D и другие). Расчет приведённого сопротивления теплопередаче может быть выполнен формуле
∑
⁄
где , , – соответственно площадь i-го участка характерной части ограждающей конструкции, м, и его приведённое
сопротивление теплопередаче,
;
– общая площадь конструкции, ;
– число участков ограждающей конструкции с различным приведённым сопротивлением теплопередаче.
17
Пример расчета приведённого сопротивления теплопередаче
Требуется определить приведённое сопротивление теплопередаче конструкции стены на гибких связях (коэффициент
теплопроводности гибкой стеклопластиковой связи 0,48
), приведенной на рисунке 4.
Данная конструкция имеет три характерных участка с разным конструктивным решением и соответственно с разным сопротивлением теплопередаче: перемычечный участок, участки с
теплопроводными включениями (гибкими связями) и остальная
часть наружной стены. В этом случае приведённое сопротивление теплопередаче определиться по формуле
Рисунок 4. Фрагмент ограждающей конструкции.
18
1. Кирпичная кладка
2. Оконный проем
3. Железобетонная перемычка
4. Гибкие стеклопластиковые связи
где – общая площадь характерного фрагмента стены, ;
,
– соответственно, площадь перемычечного участка, , и её сопротивление теплопередаче,
,
– соответственно, площадь стеклопластиковых
связей, , и их приведенное сопротивление теплопередаче,
;
,
– соответственно, площадь участка ограждающей
конструкции вне мест теплопроводных включений, , и его сопротивление теплопередаче,
.
Рисунок 5. К расчету приведенного сопротивления теплопередаче 4-х
слойной конструкции стены.
19
1. Цементно-песчаный раствор.
2. Кирпичная кладка.
3. Теплоизоляционный материал.
4. Железобетонная перемычка.
5. Гибкая стеклопластиковая связь.
Площадь перемычечного участка составит
Сопротивление теплопередаче перемычечного участка составит
Площадь участка стены по стеклопластиковым связям
определяется как площадь одной связи умноженное на общее
количество связей (в данном случае количество связей равно 21)
составит
Сопротивление теплопередаче участка по стеклопластиковым связям составит
Площадь участка стены без теплопроводных включений
определиться определится как площадь рассматриваемого фрагмента стены за вычетом площадей оконного проема, перемычечного участка и площади гибких связей
20
При расчёте приведённого сопротивления теплопередаче
фрагмента стены, конструкция окна не учитывается.
Приведённое сопротивление теплопередаче фрагмента
стены составит
Таким образом, так как
3,856 3,83, то условие превышения фактического приведённого сопротивления
теплопередаче ограждающей конструкции над нормируемым
значением выполняется.
Санитарно-гигиенические требования к ограждающим
конструкциям.
Температурный перепад между температурами внутреннего воздуха и на поверхности ограждающей конструкции, а также
температура на внутренней поверхности ограждающей конструкции в месте теплопроводного включения, которая должна
быть выше температуры точки росы являются вторым показателем (санитарно-гигиеническим) тепловой защиты здания.
Ограничение температуры на внутренней поверхности
ограждающей конструкции.
Свойства воздуха таковы, что при более высокой температуре в единице объема воздуха может содержаться большее количество влаги в виде водяного пара.
Водяной пар, находящийся в воздухе может быть измерен
в абсолютных единицах – в граммах на кубический метр (г/м3).
Эту величину называют также абсолютной влажностью. В некоторых случаях влажность воздуха удобней выражать в %, то
есть знать относительную влажность данного воздуха. Относи21
тельная влажность – это отношение количества водяного пара,
находящегося в воздухе в данный момент к максимально возможному количеству водяного пара, которое может находиться
в воздухе при данной температуре.
В некоторых случаях, при наличии в ограждающих конструкциях теплопроводных включений (мостиков холода), на
внутренней поверхности ограждающей конструкции возможно
появление сконденсированной влаги из воздуха. Температура,
при которой воздух будет достигать полного насыщения водяными парами (то есть относительная влажность будет равна
100%), называется температурой точки росы. В случае если температура на внутренней поверхности ограждающей конструкции
в месте теплопроводного включения будет ниже температуры
точки росы, то в этом локальном месте ограждающей конструкции будет происходить намокание внутренних отделочных слоев, образование плесени и создание дискомфортных условий для
проживания, что не допускается действующими нормами по
тепловой защите зданий.
Температура точки росы зависит от температуры внутреннего воздуха и его относительной влажности. Температура точки росы определяется по приложении Р СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий».
Пример расчета температуры внутренней поверхности
ограждающей конструкции по теплопроводному включению
для оценки вероятности образования конденсата (для условий города Томска).
Температуру внутренней поверхности
по стеклопластиковым теплопроводным включениям допускается определять по
формуле 27 СП 23-101-2004:
[
]
где – коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по
отношению к наружному воздуху, принимаемый согласно таблице 6 СНиП 23-02-2003 с учетом примечания к этой таблице;
22
– расчетная температура внутреннего воздуха, , принимаемая согласно указаниям 5.2 СП 23-101-2004;
– расчетная температура наружного воздуха, , принимаемая согласно указаниям 5.1 СП 23-101-2004.
– коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности
ограждающих конструкций,
принимаемый по таблице 7 СНиП 23-02;
– сопротивление теплопередаче по сечению ограждающей конструкции,
, вне места теплопроводного
включения, определяемое по формуле
Рисунок 6. К расчету температуры внутренней поверхности по теплопроводному включению.
По таблице 10 СП 23-101-2004 определяем коэффициент
для температуры внутренней поверхности в зоне теплопровод23
ных включений. Руководствуемся схемой теплопроводных
включений V, при
, где
– толщина внутреннего слоя конструкции, м;
конструкции, м;
при
– толщина наружного слоя
, где
– диаметр стержня,
принимаем конструктивно 5 мм;
– теплопроводность кирпичного слоя
;
– теплопроводность утеплителя
; – общая толщина стеновой конструкции, м. Для
промежуточных значений
коэффициент следует определять интерполяцией. Принимаем коэффициент
[
.
]
Согласно приложению Р СП 23-101-2004, температура
точки росы
для сочетания температуры
и относительной влажности
воздуха в помещении
.
Так как
, следовательно, условие не выпадения конденсата на внутренней поверхности стеновой панели, в месте теплопроводного включения, соблюдается.
Ограничение температуры на внутренней поверхности
ограждающей конструкции
Расчетный температурный перепад
, , между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции не должен превышать
нормируемых величин
,
, установленных в таблице 5
СНиП 23-02-2003, и определяется по формуле
где – коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по от24
ношению к наружному воздуху и приведенный в таблице 6
СНиП 23-02-2003;
– расчетная средняя температура внутреннего воздуха
здания, ;
– расчетная температура наружного воздуха в холодный период года, , для всех зданий, кроме производственных
зданий, предназначенных для сезонной эксплуатации, принимаемая равной средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92.
– приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций,
;
– коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности
ограждающих конструкций,
, принимаемый по таблице 7 СНиП 23-02-2003.
Нормируемый температурный перепад для наружных стен
жилых зданий
. Таким образом,
.
Таким образом, требования СНиП 23-02-2003 выполнены.
Расчёт паропроницаемости ограждающих конструкций
В холодный период года, температура в помещении значительно выше, чем температура наружного воздуха. Помня о том,
что максимальное влагосодержание более теплого воздуха выше, чем холодного, мы имеем ограждающую конструкцию, которая разделяет две воздушные среды не только с разными температурами, но и с разными упругостями водяного пара (парциальными давлениями). При этом возникает диффузия водяного
пара изнутри здания наружу. В некоторой плоскости ограждающей конструкции водяной пар достигнет полного насыщения и
в толще стены (в многослойных ограждающих конструкциях – в
теплоизоляционном слое) будет образовываться конденсат. Эта
плоскость называется плоскостью возможной конденсации и она
25
перемещается в толще ограждающей конструкции при изменении температуры наружного воздуха. В расчетах на паропроницаемость принимается, что плоскость возможной конденсации
располагается на наружной поверхности теплоизоляционного
слоя.
Влага, накопившаяся за холодный период года в ограждающей конструкции должна высохнуть за теплый период года
для обеспечения нормального влажностного режима ограждающей конструкции. В случае отсутствия такого высыхания часть
влаги останется в ограждающей конструкции до следующего
холодного периода. И таким образом, через несколько лет эксплуатации отдельные части ограждающей конструкции утратят
свои теплоизоляционные свойства, произойдет промерзание и
возможно частичное разрушение ограждающей конструкции.
Для обеспечения нормального влажностного режима
ограждающей конструкции необходимо, чтобы часть ограждающей конструкции, расположенной между внутренней поверхностью и теплоизоляционным слоем имело сопротивление прохождению водяных паров через свою толщу в несколько раз
больше, чем часть ограждающей конструкции, расположенной
между наружной поверхностью и теплоизоляционным слоем.
Сопротивление прохождению водяных паров через толщу
ограждения называется сопротивлением паропроницанию
ограждающей конструкции, имеет размерность
.
Физический смысл: сопротивление паропроницанию численно равно разности парциальных давлений между внутренней
и наружной стороной ограждающей конструкции, которое необходимо создать, чтобы через 1 м2 за один час проходил поток
пара в 1 мг.
Сопротивление паропроницанию однородного слоя многослойной ограждающей конструкции или однослойной ограждающей конструкции определяется по формуле
26
где
– толщина слоя, м,
– расчетный коэффициент паропроницаемости материала слоя,
, определяемый по приложению Д СП 23101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий».
В том случае, если сопротивление паропроницанию внутренних слоев стены или другого ограждения имеет недостаточную величину и будет нарушен нормальный влажностный режим, применяется пароизоляция. В качестве пароизоляции применяются специальные рулонные материалы, имеющие высокое
сопротивление паропроницанию. Пароизоляция размещается на
внутренней поверхности утеплителя, либо на внутренней поверхности ограждения (в помещениях с высокой влажностью).
Пример расчета фактического сопротивления паропроницанию наружной ограждающей конструкции и сравние с нормируемыми сопротивлениями паропроницанию.
Рисунок 7. К расчету сопротивления паропроницанию ограждающей
конструкции.
Сопротивление паропроницанию
стеновой конструкции (в пределах от внутренней поверхности до
27
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
Определяем нормируемое сопротивление паропроницанию:
где
– парциальное давление водяного пара внутреннего воздуха,
, при расчетной температуре и относительной
влажности этого воздуха, определяемое по формуле:
,
где
– парциальное давление насыщенного водяного
пара, , при температуре
, принимается по таблице С2 приложения С, СП 23-101-2004;
– относительная влажность внутреннего воздуха, ,
принимаемая для различных зданий в соответствии с примечанием к п.5.9 СНиП 23-02-2003;
(
)
– сопротивление паропроницанию,
, части ограждающей конструкции, расположенной между наруж28
ной поверхностью ограждающей конструкции и плоскостью
возможной конденсации, определяемое по формуле;
,
где
– толщина наружного слоя ограждающей конструкции, м;
– расчетный коэффициент паропроницаемости материала слоя ограждающей конструкции,
, принимаемый по приложению Д СП 23-101-2004,
,
– среднее парциальное давление водяного пара
наружного воздуха,
, за годовой период, определяемое по
таблице 5а.
– парциальное давление водяного пара,
, в плоскости возможной конденсации, за годовой период эксплуатации:
где
– продолжительность, мес., зимнего, весенне-осеннего и летнего периодов согласно таблицы 3 СНиП 2301-99;
,
,
– 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 температуры ниже
Для г. Томска 5 месяцев: январь, февраль, март, ноябрь, декабрь,
т.е.,
29
б) к весенне-осеннему периоду относятся температуры от
до
. Для г.Томска 2 месяца: апрель, октябрь.
в) к летнему периоду относятся температуры выше
Для г.Томска 5 месяцев: май, июнь, июль, август, сентябрь.
.
Температуру в плоскости возможной конденсации определяем по формуле
∑
где
– сопротивление теплопередаче ограждения,
∑
∑ – термическое сопротивление слоя ограждения в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации,
Температура в плоскости возможной конденсации для
каждого периода составит:
-для зимнего периода:
(
-для весенне-осеннего периода:
-для летнего периода:
30
)
По температурам (
для соответствующих
периодов определяем по приложению С СП 23-101-2004 парциальные давления (
водяного пара:
Тогда:
Определяем:
Определяем нормируемое сопротивление паропроницанию
где
– продолжительность влагонакопления, сут., принимается равной периоду с отрицательными средними месячными
температурами наружного воздуха по СНиП 23-01-99.
Согласно СНиП 23-01-99 таблице 3 месяцы с отрицательными температурами для г.Томска относятся 5 месяцев в году:
январь, февраль, март, ноябрь, декабрь. Следовательно, продолжительность периода с отрицательными температурами равна
Средняя температура периода с отрицательными температурами составит:
Температура
в плоскости возможной конденсации:
(
∑ )
31
(
)
При температуре в плоскости возможной конденсации
равной
определяем парциальное давление водяного пара , Па.
Согласно СНиП23-02-2003 в многослойной ограждающей
конструкции увлажняющим слоем является утеплитель пенополистирол плотностью
при толщине
. Предельно допустимое приращение расчетного
массового отношения влаги в этом материале согласно таблице
12 СНиП 23-02-2003,
.
Определяем коэффициент по формуле
,
где
среднее парциальное давление водяного пара
наружного воздуха,
, периода месяцев с отрицательными
среднемесячными температурами, определяемыми согласно СП
23-101-2004
– сопротивление паропроницаемости ограждающей
конструкции. Расположенной между наружной поверхностью и
плоскостью возможной конденсации.
Тогда
Определяем
Определение сопротивления паропроницанию
наружной стены от внутренней поверхности до плоскости возможной
конденсации.
32
При сравнении полученного значения
с нормируемыми значениями устанавливаем, что
и
Т.е.
и
Следовательно, ограждающая конструкция наружной стены удовлетворяет требованиям СНиП 23-02-2003 в отношении
сопротивления паропроницанию.
Расчёт воздухопроницаемости наружных ограждающих
конструкций
В связи с тем, что большинство строительных материалов
являются пористыми телами, то в процессе эксплуатации здания
в зимнее время возможно проникновение воздуха через ограждающие конструкции. Давление воздуха на ограждающие конструкции возможно по двум причинам:
1. Разность плотностей воздуха внутри и снаружи здания,
которые в свою очередь вызваны разными температурами внутреннего и наружного воздуха, а также из-за
наличия вентиляционного канала различной высоты;
2. Давление ветра на ограждающие конструкции.
Пример расчета воздухопроницаемости наружных
ограждающих конструкций.
Сопротивление воздухопроницанию наружной ограждающей конструкции согласно СНиП 23-02-2003, должно быть не
менее нормируемого
Нормированное сопротивление воздухопроницанию определяем по формуле
33
где
– разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций, , определяемая в соответствии с 8.2 СНиП 23-02-2003;
– нормируемая воздухопроницаемость ограждающих
конструкций,
, принимаемая в соответствии с п.8.3.
СНиП 23-02-2003.
Разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций ,
, следует определять по формуле:
где
– высота здания (от уровня пола первого этажа до
верха вытяжной шахты), ;
Н = 30 м.
,
– удельный вес соответственно наружного и
внутреннего воздуха,
, определяемый по формуле:
– температура воздуха: внутреннего (для определения
) ; наружного (для определения
)
– максимальная из средних скоростей ветра по румбам за
январь, повторяемость которых составляет
и более.
Сопротивление воздухопроницанию многослойной ограждающей конструкции
,
, следует определять по
формуле
,
34
где
,
,
– сопротивления воздухопроницанию
отдельных слоев ограждающей конструкции,
,
принимаемые по таблице 17 СП 23-101-2004.
Суммарная толщина наружного и внутреннего кирпичных
слоев составляет 500мм.
ставляет 497
Следовательно,
(слой цементно-песчаного раствора) со.
.
Выбор светопрозрачных ограждающих конструкций
Светопрозрачные ограждающие конструкции подбирают
по следующей методике.
Нормируемое сопротивление теплопередаче
светопрозрачных конструкций следует определять по таблице 4
СНиП 23-02-2003 в зависимости от величины
и типа проектируемого здания по колонкам 6 и Для промежуточных значений
величина
определяется по формуле в примечании
1 к таблице 4.
Значения
для величин , отличающихся от табличных, следует определять по формуле
где
– градусо-сутки отопительного периода,
,
для конкретного пункта;
,
– 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
:
,
; для интервала
6000-8000
:
,
; для интервала 8000
и более:
,
.
35
Выбор светопрозрачной конструкции осуществляется по
значению приведенного сопротивления теплопередаче , полученному в результате сертификационных испытаний. Если приведенное сопротивление теплопередаче выбранной светопрозрачной конструкции
, больше или равно
, то эта конструкция удовлетворяет требованиям норм.
При отсутствии сертифицированных данных допускается
использовать при проектировании значения
, приведенные в
приложении Л СП 23-101-2004.
Для обычного стекла и двухкамерного стеклопакета в раздельных переплетах из стекла с твердым селективным покрытием
.
, т.е.
.
Нормируемое сопротивление воздухопроницанию светопрозрачных конструкций
,
, определяют по формуле
(
)
где
– нормируемая воздухопроницаемость светопрозрачной конструкции, принимаемая по таблице
11 СНиП 23-02-2003 при
;
– разность давлений воздуха,
, на наружной и внутренней поверхностях заполнения оконного проема на уровне
пола первого надземного этажа проектируемого здания;
при
– разность давления воздуха на наружной
и внутренней поверхностях светопрозрачной конструкции, при
которой определяется воздухопроницаемость сертифицируемого
образца.
( )
.
Фактическое сопротивление воздухопроницанию окон
определяется по результатам сертификационных (лабораторных) испытаний.
36
Вопросы для самопроверки
1. Какие существуют виды теплопередачи?
2. Какие факторы влияют на толщину теплоизоляционного слоя в ограждающей конструкции?
3. Каков физический смысл термического сопротивления?
4. Каков физический смысл сопротивления теплопередаче?
5. Как влияет различные факторы (влажность, направление теплового потока, температура, плотность материала) на теплопроводность материала?
6. Что такое приведённое сопротивление теплопередаче?
7. Что такое температура точки росы?
8. Что такое «мостики холода»?
9. Какие мероприятия необходимо предусматривать для
недопущения выпадения конденсата в местах теплопроводных включений?
37
Список литературы
1. СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». – М.:
Госстрой России, ФГУП ЦПП, 2004. – 26 с.
2. СНиП 23-01-99* «Строительная климатология». –
М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 2000. – 58 с.
3. СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты
зданий».
4. Фокин К.Ф. «Строительная теплотехника ограждающих частей зданий»/ Под ред. Ю.А. Табунщикова,
В.Г. Гагарина. – 5-е изд., пересмотр. – М.: АВОКПРЕСС, 2006. – 256 с.
38