Тема: «Определение толщины конструкции наружного ограждения здания»

2 Цель работы: Научиться определять толщину конструкции наружного ограждения здания исходя из местоположения и применяемых материалов.

3 Задание:

По индивидуальным заданиям (№ задания (стр.28) по № в списке группы)

Согласно задания на практическую работу, зная район строительства принять и обосновать принятую конструкцию ограждения. Разобраться с данным типом ограждающих конструкций по учебнику или пособию.

В зависимости от района строительства может применяться однородная (однослойная) или многослойная ограждающая конструкция.

Так, в районах с жарким, сухим климатом, с положительной температурой в зимний период по /1/ возможно применение в наружных стеновых конструкциях:

- однородной каменной кладки;

- облегченной (трехслойной) каменной кладки с утеплителем из:

а) керамзитового гравия;

б) шлака;

в) легкого поризованного бетона;

г) шлакоблоков, газопеноблоков.

В панельном домостроении предусмотрено применение одно- или двухслойных панелей. Второй наружный слой железобетонной конструкции выполняется из легкого поризованного бетона. Соединяются отдельные слои конструкции гибкими связями. Наружный теплоизоляционный слой требует обязательной фактурной отделки высококачественной штукатуркой или керамической фасадной плиткой.

В районах с холодным, влажным климатом по /2/ в качестве стеновых ограждений применяются многослойные конструкции с высокоэффективным теплоизоляционным слоем. Располагаться теплоизоляционный слой должен внутри конструкции. Такое расположение материала обеспечивает его максимальную эффективность.

Допускается расположение теплоизоляционного материала снаружи здания (по фасаду) или внутри помещения только при его реконструкции /3/.

В качестве теплоизоляционного материала применяют:

- жесткие и полужесткие минераловатные плиты;

- пенополистирол (литой и плитный);

- пенопласт (литой и плитный);

- пенополиуретан.

Обеспечение санитарно-гигиенических и комфортных условий эксплуатации зданий означает то, что принятая конструкция ограждений должна обеспечить необходимую температуру и влажность воздуха, согласно СНиП для данного вида зданий.

Условия энергосбережения выполняются в том случае, если принятая конструкция стен и покрытия позволяет при меньших энергозатратах (уменьшение температуры теплоносителя с 90 до 60...70 ^оС) обеспечить в здании необходимую (согласно СНиП) температуру и влажность воздуха, т.е. обеспечить оптимальный микроклимат в здании.

Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций R_о следует принимать не менее требуемых значений R₀^тр, определяемых исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий по формуле (1) и условий энергосбережения по таблице 1.

В таблице 1 приведены минимальные значения сопротивления теплопередаче для зданий, строительство которых предполагается после 1 января 2000 года согласно /1/.

Таблица 1 - Требуемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций Здания и помещения Градусо-сутки отопительного периода, оСсут Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций не менее R0, м2. оС/Вт стен Покрытий и перекрытий над проездами перекрытий чердачных, над холодными подпольями и подвалами окон и балконных дверей фонарей               Жилые, лечебно-   2,1 3,2 2,8 0,30 0,30 профилактические и   2,8 4,2 3,7 0,45 0,35 детские учреждения,   3,5 5,2 4,6 0,60 0,40 школы, интернаты   4,2 6,2 5,5 0,70 0,45     4,9 7,2 6,4 0,75 0,50     5,6 8,2 7,3 0,80   Общественные,   1,6 2,4 2,0 0,30 0,30 кроме указанных   2,4 3,2 2,7 0,40 0,35 выше,   3,0 4,0 3,4 0,50 0,40 административные и   3,6 4,8 4,1 0,60 0,45 бытовые, за   4,2 5,6 4,8 0,70 0,50 исключением   4,8 6,4 5,5 0,80 0,55 помещений с             влажным или мокрым             режимом             Производственные с   1,4 2,0 1,4 0,25 0,20 сухим и   1,8 2,5 1,8 0,30 0,25 нормальными   2,2 3,0 2,2 0,35 0,30 режимами   2,6 3,5 2,6 0,40 0,35     3,0 4,0 3,0 0,45 0,40     3,4 4,5 3,4 0,50 0,45 Примечание - Промежуточные значения R0тр следует определять интерполяцией

 

Требуемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций, отвечающих санитарно-гигиеническим и комфортным условиям, определяем по формуле:

(1)

где n - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху по таблице 3;

t_в - расчетная температура внутреннего воздуха, ^оС, принимаемая согласно ГОСТ 12.1.005-88 и нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений;

t_н - расчетная зимняя температура наружного воздуха, ^оС, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92, приложение А;

∆t^н- нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемый по таблице 2;

α_в - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаемый по таблице 4.

Примечание - требуемое сопротивление теплопередаче R₀^тр дверей и окон должно быть не менее 0,6 R₀^тр стен зданий и сооружений, определяемого по формуле (1).

 

Таблица 2 - Значение нормируемого температурного перепада по /1/ Здания и помещения Нормируемый температурный перепад   ∆tн, оС, для   Наружных стен Покрытий и чердачных перекрытий Перекрытий над проездами, подвалами и подпольями         1 Жилые, лечебно-профилактические и детские учреждения, школы, интернаты 4,0 3,0 2,0 2 Общественные, кроме указанных в п.1, административные и бытовые, за исключением помещений с влажным или мокрым режимом 4,5 4,0 2,5 3 Производственные с сухим и нормальным режимами (tв -tp), но не 0,8(tв -tp), но не 2,5 более 7 более 6   4 Производственные и другие помещения с влажным или мокрым режимом (tв -tp) 0,8(tв -tp) 2,5

 

5 Производственные здания со значительными избытками явного тепла (более 23 Вт/м)			2,5
Обозначения, принятые в таблице 2: tв- то же, что в формуле (1); tp- температура точки росы, С, при расчетной температуре и относительной влажности внутреннего воздуха, принимаемым по ГОСТ 12.1.005-88, СНиП 2.04.05-91 и нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений

 

 

Таблица 3 - Значение коэффициента n по /1/

Ограждающие конструкции	Коэффициент n
1 Наружные стены и покрытия (в том числе вентилируемые наружным воздухом), перекрытия чердачные (с кровлей из штучных материалов) и над проездами; перекрытия над холодными (без ограждающих стенок) подпольями в Северной строительно-климатической зоне
2 Перекрытия над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом; перекрытия чердачные (с кровлей из рулонных материалов); перекрытия над холодными (с ограждающими стенками) подпольями и холодными этажами в Северной строительно-климатической зоне	0,9
3 Перекрытия над неотапливаемыми подвалами со световыми	0,75
проемами в стенах
4 Перекрытия над неотапливаемыми подвалами без световых	0,6
проемов в стенах, расположенные выше уровня земли
5 Перекрытия над неотапливаемыми техническими	0,4
подпольями, расположенными ниже уровня земли

Таблица 4 - Значение коэффициента теплоотдачи по /1/ Внутренняя поверхность ограждающих конструкций Коэффициент теплоотдачи αв, Вт/(м2. оС)     1 Стен, полов, гладких потолков, потолков с выступающими ребрами при отношении высоты h ребер к расстоянию а между гранями соседних ребер h/а < 0,3 8,7 2 Потолков с выступающими ребрами при отношении ребер h/а<0,3 7,6 3 Зенитных фонарей 9,9 Примечание - коэффициент теплоотдачи αв внутренней поверхности ограждающих конструкций живодноводческих и птицеводческих зданий следует принимать в соответствии со СНиП 2.10.03-84

 

Градусо-сутки отопительного периода (ГСОП) следует определять по формуле:

ГСОП=(t_в - t_от.пер.) Z_от.пер (2)

где t_в - то же, что в формуле (1);

t_{от.пер -} - средняя температура отопительного периода, ^оС;

Z_от.пер - продолжительность отопительного периода, сут., со средне-суточной температурой воздуха ниже или равной 8 ^оС по приложению А.

Термическое сопротивление R, (м²_*^оС)/Вт, слоя многослойной конструк-ции, а также однородной (однослойной) ограждающей конструкции определяем по формуле:

(3)

где -δ - толщина слоя, м;

λ- расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, с учетом условий эксплуатации ограждающих конструкций, Вт/ (м² _* ^оС), принима-емый по приложению Г.

Для определения условий эксплуатации ограждающих конструкций (А и Б) необходимо:

- по приложению Б определить зону влажности района строительства;

- по таблице 5 определить влажностный режим помещений.

Таблица 5 - Определение влажностного режима помещений Режим Влажность внутреннего воздуха, %, при температуре до 12 оС св. 12 до 24 оС св. 24 оС         Сухой До 60 До 50 До 40 Нормальный Св.60 до 75 Св.50 до 60 Св.40 до 50 Влажный Св.75 Св.60 до 75 Св.50 до 60 Мокрый - Св. 75 Св. 60

 

 

По приложению В определить условия эксплуатации ограждающих конструкций в зависимости от влажностного режима помещений и зон влажности.

Сопротивление теплопередаче R_о, (м²_* ^оС)/Вт, ограждающей конструкции следует определять по формуле:

(4)

где α_в - то же, что в формуле (1);

R_k - термическое сопротивление ограждающей конструкции, (м² _* ^оС)/Вт, определяемое:

- для однородной (однослойной) по формуле (3);

- для многослойной по формуле (5).

α_н - коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м^{2 о}С) принимается по таблице 6.

 

Таблица 6 - Значение коэффициента теплоотдачи для зимних условий Наружная поверхность ограждающих конструкций Коэффициент теплоотдачи для зимних условий, αн Вт/(м2. оС)     1 Наружных стен, покрытий, перекрытий над проездами и над холодными (без ограждающих стенок) подпольями в Северной строительно-климатической зоне)   2 Перекрытий над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом; перекрытий над холодными (с ограждающими стенками) подпольями и холодными этажами в Северной строительно-климатической зоне

 

3 Перекрытий чердачных и над неотапливаемыми подвалами со световыми проемами в стенах, а также наружных стен с воздушной прослойкой, вентилируемой наружным воздухом
4 Перекрытий над неотапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенных выше уровня земли, и над неотапливаемыми техническими подпольями, расположен­ными ниже уровня земли

 

 

Термическое сопротивление R_K, (м². ^оС)/Вт, ограждающей конструкции с последовательно расположенными однородными слоями согласно (1) будем определять как сумму термических сопротивлений отдельных слоев:

Rк = R1 + R2 + R3 +...+ Rn + R_вп., (5)

где R₁, R₂,...R_n - термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, (м². ^оС)/Вт, определяемое по формуле (3);

R_вп - термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки, принимаем по приложению Д.

Примечания

1 Если в конструкции запроектирована воздушная прослойка, вен­тилируемая наружным воздухом, то слои конструкции, расположенные между воздушной прослойкой и наружной поверхностью ограждения при определении R_K.

2 Допускается в курсовом проектировании не учитывать теплопроводные металлические включения в конструкциях стен (арматурные гибкие связи в многослойных конструкциях).

3 Замкнутые воздушные прослойки в наружных стенах допускается предусматривать высотой не более высоты этажа и не более 6м.

3 Пример расчета многослойной ограждающей конструкции здания из мелкоштучных элементов

Требуется определить толщину наружной стены жилого здания. Исходные данные:

- район строительства - г. Калининград;

- ограждающая конструкция - наружная стена из силикатного кирпича с утеплителем из пенополистирола γ=100кг/м³ (вид утеплителя принят в зависимости от района строительства);

- температура внутреннего воздуха t_в + 20^оС, (п.6 таблица 8 относитель-ная влажность воздуха - ω =50% СНиП 2.08.01-89 Жилые здания);

- температура наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 t_н=минус 18 ^оС (по приложению А);

- средняя t отопительного периода t_от.пер = минус 0,6 ^оС (по приложению А);

- продолжительность отопительного периода Z_от.пер=195 суток (по приложению А);

- зона влажности - 2 - нормальная (по приложению Б);

- влажностный режим помещений - нормальный (таблица 5).

Конструкция стены принята в соответствии с рисунком 1.

Рисунок 1 - Расчетная схема стены

Примечание- Наличие гибких связей в кладке и их теплопроводность не учитываем.

Величины теплотехнических показателей и коэффициентов:

- n=1 (по таблице 3);

- ∆t^н =4 (по таблице2);

- α_в =8,7 (по таблице 4);

- α_н =23 (по таблице 6);

- λ_кв =0,76 (слой стены) (по приложению Г);

- λ_ут =0,041 (утеплитель) (по приложению Г).

Расчетные коэффициенты теплопроводности материалов слоев (λ) определены для условия эксплуатации ограждающих конструкций - А (см. приложение В).

3.1 Определение требуемых сопротивлений теплопередаче ограждающей конструкции

Для определения толщины ограждающей конструкции найдем:

а) требуемое сопротивление теплопередаче R_о^тр исходя из санитарно- гигиенических и комфортных условий по формуле (1):

= 1*(20 - (-18))/4*8,7 = 1,09 (м² * ^оС)/Вт

б) требуемое сопротивление теплопередаче R_о^пp по условиям энергосбережения по таблице 1:

ГСОП=(t_в - t_от.пер.) Z_от.пер = (20-(-0,6))_*195=4017 ^оС. сут Интерполяцией по таблице 1 определяем:

R_о^пp = 2,8 (м²_*^оС)/Вт. Далее в расчетах будем применять R_о^пp как максимальное из R_о^пp и R_о^тр.

3.2 Определение толщины конструкции стены

Так, как толщина кирпичной кладки, из силикатного кирпича, известна, и составляет - 0,38 м. Расчетом необходимо определить требуемую толщину утеплителя. Толщину утеплителя будем определять по формуле:

 

=1/ α_в+δ₁/λ₁+ δ₂/λ₂+1/ α_н (4)

 

Примем R_o = R_о^пp

Тогда Rо^Пp= 1/ α_в+δ₁/λ₁+ δ₂/λ₂+1/ α_н

Отсюда

δ₂= λ_2*(R_o^пр ̶ 1/ α_в ̶ δ₁/λ₁ ̶ 1/ α_н)=0,041*(2,8-1/8,7-0,38/0,76-1/23)=0,085 м

 

где δ₂ - толщина утеплителя, м.

Округляем толщину утеплителя до 0,1 м (кратно выпускаемой продукции). Тогда с учетом размеров вертикальных растворных швов равных 10мм, клеевого слоя для утеплителя 10 мм и штукатурки 20 мм общая толщина наружной стены будет равна: 100+40+120+250=510 мм = 0,51 м.

В пояснительной записке теплотехнический расчет оформлен в табличной форме по приложению Е.

 

4 Пример расчета многослойной ограждающей конструкции панельного жилого здания

Требуется определить конструкцию и толщину наружной стеновой панели жилого здания.

Исходные данные:

- район строительства - г, Калининград;

- зона влажности -2 нормальная (приложение Б);

- влажностный режим помещения - нормальный (таблица 5);

- условия эксплуатации ограждающей конструкции - А (приложение В);

- ограждающая конструкция - сборная керамзитобетонная трехслойная стеновая панель, (плотностью γ=1000 кг/м³) со слоем эффективного утеплителя (пенополистрол γ=150 кг/м³).

Толщину теплоизоляционного слоя необходимо определить.

Теплотехнический расчет стеновой конструкции выполнен в табличной форме (приложение Е).

Рисунок 2 - Расчетная схема стены

Таблица... - Теплотехнический расчет стены Наименование показателей, единицы измерения Значения Условные обозначения δ1 δ2         1 Расчетная температура внутреннего воздуха, оС tв +20 +20 2 Расчетная температура наиболее холодной пятидневки (по 0,92), оС tн5 минус 18оС 3 Нормируемый температурный перепад, оС ∆tн     4 Коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 оС) αв 8,7 8,7 5 Коэффициент для зимних условий, Вт/(м2 оС) αн     6 Требуемое сопротивление теплопередаче из санитарно-гигиенических и комфортных условий, (м2. оС)/Вт Roтр 1,09 1,09 7 Градусо-сутки отопительного периода, оС сут   ГСОП=(tB - tот.пер.) Zот.пер ГСОП   8 Средняя t отопительного периода, оС tот.пер. минус 0.6 9 Продолжительность отопительного периода, сут. Zот.пер     10 Приведенное сопротивление теплопередаче из условия энергосбережения Roпр 2.8 2.8 11 Толщина слоя, м δ 0,20   12 Расчетный коэффициент теплопроводности материала при условии эксплуатации А, Вт/(м2* оС) λ 0,41 0,052 13 Толщина утеплителя, м так как Roпр > Roтр,то δ2= λ2*(Roпр-1/ λв- δ1/λ1-1/ λн) δ2   0,112

 

Вывод: толщина утеплителя принимается равной 120 мм, тогда общая толщина панели - 320 мм.