Теплотехнический расчет ограждающих конструкций жилых и общественных зданий
Учебно-методические указания к расчетно-графической работе
УДК 694.1
Рецензент: к.т.н. Моргунов В. Н. доцент каф. ПГСГиФ
Печатается по решению кафедры ЕНДИТУ
протокол № ___ от ____________
Теплотехнический расчет ограждающих конструкций жи-лых и общественных зданий: учебно-методические указания к курсовой расчетно-графической работе
СОДЕРЖАНИЕ
1. Введение…………………………………………………………4 2. Исходные данные………………………………………………..4 3. Порядок выполнения работы………………………………...…5 Пример выполнения задания………………………………..…….5 Приложение 1 - Таблицы…………………………………………10 Приложение 2 - Индивидуальные задания…………………....…16
Методические указания излагают правила и порядок подбо-ра ограждающих конструкций жилых и общественных зданий по теплотехническим показателям. Расчет основан на соблюдении санитарно-гигиенических требований действующего документа – “Свода правил” СП23-101-2004 “Проектирование тепловой защиты зданий”, который является методическим дополнением к СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».
Рассмотрены примеры подбораограждающих конструкций.
2 3
1. Введение
От теплотехнических качеств наружных ограждений зданий зависят:
- благоприятный микроклимат зданий, то есть обеспечение температуры и влажности воздуха в помещении не ниже нормативных требований;
- количество тепла, теряемого зданием в зимнее время;
- температура внутренней поверхности ограждения, гарантирующая от образования на ней конденсата;
- влажностный режим конструктивного решения ограждения, влияющий на его теплозащитные качества и долговечность.
Создание микроклимата внутри помещения обеспечивается за счет:
- соответствующей толщины и эффективности ограждающей конструк-ции;
- мощности систем отопления, вентиляции или кондиционирования. Методика теплотехнического расчета основана на том, что оптимальная
толщина и эффективность конструкции находится, исходя из: - климатических показателей района строительства;
- нормативных санитарно-гигиенических условий эксплуатации зданий и помещений;
- условий энергосбережения.
Методика теплотехнического расчета заключается в определении эконо-мически целесообразного сопротивления теплопередаче наружной ограж-дающей конструкции. При этом расчетное сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции должно быть не менее требуемого сопротивления теплопередаче.
В методических указаниях рассматривается расчет однородных и много-слойных конструкций.
Исходные данные
2.1. Район застройки и назначение здания принимается в соответствии с индивидуальным заданием преподавателя (см. «УЧЕБНОЕ ЗАДАНИЕ ПО АРХИТЕКТУРНОЙ КЛИМАТОЛОГИИ»).
2.2. Характеристика ограждений здания (ПРИЛОЖЕНИЕ 1):
2.2.1. Конструкция наружной стены в жилом доме – пример №1 (см. рис.1).
2.3. Характеристика помещения:
2.3.1. Назначение помещения – жилая комната.
Порядок выполнения работы
3.1. Определение требуемого RoТРтермического сопротивления теплопе-редаче согласно СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»,
3.2. Определение приведенного Roпртермического сопротивления, исхо-дя из варианта задания.
3.3. Определение толщины утеплителя наружной стены с целью обеспе-чения приведенного Roпртермического сопротивления.
3.4. Оформление расчетно-пояснительной записки.
ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ
Задание №1
ОпределитьтребуемоесопротивлениетеплопередачедлянаружныхстенжилогозданиядлягородаПермь
А. Исходные данные
1. Ограждающая конструкция – наружная стена жилого здания (из вари-анта задания №2),
2. Пункт строительства – г. Пермь, нормальная зона влажности (таблица П-7).
Б. Порядок расчета
1) Требуемое сопротивление теплопередаче для наружных стен опреде-ляется по таблице П-1 данного учебного задания.
Для этого необходимо рассчитать градусо-сутки отопительного периода Ddпо формуле (1):
Dd=(tint-tht)Zht (1)
Где:
-Расчетная температура внутреннего воздуха;
- Средняя температура наружного воздуха за отопительный период; - Продолжительность отопительного периода;
- Градусо-сутки отопительного периода.
Таблица 1 – Исходные данные Таблица 2- Слои ограждающей конструкции
| № слоя | Материал | Плотность r 0,кг/м³ | Толщина δ, м |
| Кладка из керамического кир-пича | 0,12 | ||
| Плита минераловатная | ? | ||
| Кладка из сплошного глиняно-го кирпича | 0,25 | ||
| Штукатурка (цементно-песчаный раствор) | 0,02 |
1. В Задании № 1 мы определили величину требуемого сопротивления теплопередаче:
Rнс, req = 3,47 м2•°С/Вт.
2. Для удобства решения заполняем таблицу расчетных данных:
2) По таблице П-1 (Приложения 1) находим R reg=3.47 м2.0С/Вт
Задание №2
Определитьтолщинуутеплителяиприведенноесопротивлениете-плопередачемногослойнойограждающейконструкциидляжилогодомавгородеПермь.
Требуется определить толщину утепли-теля и вычислить приведенное сопротивле-ние теплопередаче следующей многослой-ной наружной стены с металлическими свя-зями d = 6 мм (шаг раскладки — 0,6 м):
Рисунок1 – Схема ограждающей конструкции
Таблица 3 – Расчетные данные
| Материал | Плотность r 0, кг/м³ | Толщина δ, м | Коэффициент теплопроводности lА, Вт/(м•°С) |
| Кладка из керамического кир-пича | 0,12 | 0,58 | |
| Плита минераловатная (ГОСТ 21880) | ? | 0,064 | |
| Кладка из сплошного глиняного кирпича | 0,25 | 0,70 | |
| Штукатурка (цементно-песчаный раствор) | 0,02 | 0,76 |
| |||||||||
| |||||||||
|
3. Находим требуемое условное сопротивление теплопередаче по форму-ле:
|
|
где Rусл. тр — требуемое сопротивление теплопередаче конструкции без
учета теплопроводных включений (гибких связей), м2• °С/Вт;
r — коэффициент теплотехнической однородности, «глади», «глухой» части стены. Врассматриваемом варианте принимаем r = 0,87
Для двухслойных стен с конструктивным слоем плотностью от 600 до 2500 кг/м3и эффективным утеплителем на прямых металлических свя-
зях диаметром не более 3 мм с шагом 600 мм, закрепленных на дюбе-
|
Для трехслойных стен с наружным кирпичным слоем и слоем эффек-тивного утеплителя с прямым анкерным креплением (крепление в шов кладки через 6 слоев по вертикали, шаг по горизонтали — 600 мм, диа-метр анкера не более 6 мм):
1. При внутреннем ячеистобетонном слое плотностью 600 кг/м3:
|
|
• при толщине утеплителя 200 мм 1 = 0,75—0,88.
R 0 сл. = Rв +å RT, i + Rн; (5) R 0 = Rусл. × r (6)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R 0 > Rreq
R 0 = 3,5 > Rreq = 3,47 м2•°С/Вт
Фактическое приведенное сопротивление теплопередаче не меньше тре-буемого.
4. Требуемое значение сопротивления теплопередаче слоя утеплителя
(минераловатных плит) определяем по формуле:
|
|
|
|
|
|
6. Фактическую толщину утеплителя принимаем из конструктивных со-ображений
dфут = 0,21 м.
7. Приведенное сопротивление теплопередаче наружной стены находим по формулам:
8 9
Таблица П-2 - — Оптимальная температура и допустимая относитель- ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ная влажность воздуха внутри здания для холодного времени года
Таблица П-1 — Нормируемые значения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций
| Здания и помещения, коэффициенты а и b | Градусо-сутки отопи-тельного периода Dd, °С·сут | Нормируемые значения сопротивления теплопе-редаче Rreq, м2·°С/Вт, Стен |
| 1 Жилые, лечебно-профилактические и детские учреждения, школы, интернаты, гостиницы и общежития | 2000 4000 6000 8000 10000 12000 | 2,1 2,8 3,5 4,2 4,9 5,6 |
| а | — | 0,00035 |
| b | — | 1,4 |
| Примечания 1 Значения Rreq для величин Dd, отличающихся от табличных, следует оп-ределять по формуле Rreq = aDd + b, (1) где Dd — градусо-сутки отопительного периода, °С·сут, для конкретного пункта; a, b — коэффициенты, значения которых следует принимать по данным таблицы для соответствующих групп зданий |
Таблица П-3 — Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ог-раждающей конструкции
| Внутренняя поверхность ограждения | Коэффициент теплоот-дачи a int, Вт/(м2·°С) |
| 1. Стен, полов, гладких потолков, потолков с вы-ступающими ребрами при отношении высоты h ребер к расстоянию а между гранями соседних ре-бер h/a £ 0,3 | 8,7 |
Таблица П-4 — Теплотехнические показатели строительных материалов. (при условиях эксплуатации по А и Б)
| Наименование материала | r 0кг/м³ | λ Вт/(мºС) | |
| А | Б | ||
| 1. Бетоны и растворы | |||
| Железобетон Пемзобетон Бетон на вулканическом шлаке Керамзитобетон на керамзитовом песке и керамзитобетон Керамзитобетон на кварцевом песке с поризацией Керамзитобетон на перлитовом песке Шунгизитобетон Перлитобетон Шлакопемзобетон /термозитобетон/ Шлакопемзогазобетон Газо- и пенобетон, газо- и пено-силикат То же Газо- и пенозолобетон Цементно-песчаный раствор Известково-песчаный раствор Гипсоперлитовый раствор Листы гипсовые обшивочные /сухая штукатурка/ | 2500 1000 1000 1000 1000 800 1000 1000 600 300 800 1800 1600 600 800 | 1,92 0,30 0,29 0,33 0,41 0,35 0,33 0,27 0,31 0,35 0,22 0,11 0,35 0,76 0,70 0,19 0,19 | 2,04 0,34 0,35 0,41 0,47 0,41 0,38 0,33 0,37 0,41 0,26 0,13 0,41 0,93 0,81 0,23 0,21 |
| 2. Кирпичная кладка и облицовка природным камнем | |||
| Кирпичная кладка из кирпича: -глиняного обыкновенного на це-ментно-песчаном р-ре -глиняного обыкновенного на це-ментно-перлитовом растворе -силикатного на цементно-песч. р-ре -шлакавого на цементно-песч. р-ре -керамического пустотного на цементно-песчаном растворе -то же -то же | 1800 1500 1600 1400 1200 | 0,70 0,58 0,76 0,64 0,58 0,52 0,47 | 0,81 0,70 0,87 0,70 0,64 0,38 0,52 |
| 3. Теплоизоляционные материалы | |||
| -Маты минераловатные прошив-ные на -синтетическом связующем -Плиты мягкие, полужесткие и жесткие минераловатные на синте-тическом и битумном связующем -Плиты минераловатные повышен-ной жесткости на органофосфат-ном связующем -Плиты полужесткие минераловат-ные на крахмальном связующем -Плиты из стеклянного и штапель-ного волокна на синтетическом связующем -Пенополистирол -То же -Пенополиуретан -Плиты из резольно-фенолформальде-гидного пенопла-ста | 125 50 50 150 40 80 100 | 0,064 0,052 0,052 0,07 0,06 0,06 0,052 0,041 0,05 0,052 | 0,07 0,06 0,06 0,076 0,064 0,064 0,06 0,05 0,05 0,076 |
Таблица П-5 — Коэффициенттеплоотдачи наружной поверхности для условий холодного периода
13
Таблица П- 6 — Влажностный режим помещений зданий
| Режим | Влажность внутреннего воздуха, % (по СНиП 23-01 столбец15), при температуре, °С | ||
| до 12 | св. 12 до 24 | св.24 | |
| Сухой Нормальный Влажный Мокрый | До 60 Св. 60 до 75 Св.75 — | До 50 Св. 50 до 60 » 60 » 75 Св. 75 | До 40 Св. 40 до 50 » 50 » 60 Св. 60 |
Условия эксплуатации ограждающих конструкций А или Б в зависимости от влажностного режима помещений и зон влажности района строительства для выбора теплотехнических показа-телей материалов наружных ограждений следует устанавливать по таблице 2. Зоны влажности территорииРоссииследует принимать по приложению В.
Таблица П-7 — Данные для теплотехнического расчета
14
Таблица П-8 — Условия эксплуатации ограждающих конструкций
| Влажностный режим помещений зданий (по таблице 6) | Условия эксплуатации А и Б в зоне влажности | ||
| сухой | нормаль-ной | влажной | |
| Сухой Нормальный Влажный или мокрый | А | А Б Б | Б |
| А Б | Б Б |
ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ: ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Задание 1 (вариант №….. на выбор преподавателя)
Определитьрасчетноетребуемоесопротивлениетепло-передачедлянаружныхстенадминистративногозданияго-родаизранеевыданногозаданияпоклиматологии
Задание 2 (вариант №….. на выбор преподавателя) Рассчитатьобщеесопротивлениетеплопередаченаруж-
нойоднороднойстеныжилогодомадляусловийгородаЗА-ДАНИЯ1
ВАРИАНТ 1
| № слоя | Материал | Плотность r 0, кг/м³ | Толщина δ, м |
| Кладка из керамического кирпича | 0,12 | ||
| Плита минераловатная | ? | ||
| Кладка из сплошного глиняного кирпича | 0,25 | ||
| Штукатурка (цементно-песчаный раствор) | 0,02 |
ВАРИАНТ 2
| № слоя | Материал | Плотность r 0, кг/м³ | Толщина δ, м |
| Кладка из керамического кирпича | 0,12 | ||
| Мат минераловатный | ? | ||
| Кладка из сплошного глиняного кир-пича | 0,38 | ||
| Штукатурка (известково-песчаный раствор) | 0,02 |
ВАРИАНТ 3
| № слоя | Материал | Плотность r 0, кг/м³ | Толщина δ, м |
| Кладка из керамического кирпича | 0,12 | ||
| Мат минераловатный | ? | ||
| Газобетон | 0,38 | ||
| Штукатурка (цементно-песчаный рас-твор) | 0,02 |
ВАРИАНТ 4
| № слоя | Материал | Плотность r 0, кг/м³ | Толщина δ, м |
| Кладка из глиняного кирпича | 0,12 | ||
| Плита минераловатная | ? | ||
| Кладка из сплошного глиняного кирпича | 0,25 | ||
| Сухая штукатерка (листы гипсовые об-шивочные) | 0,02 |
ВАРИАНТ 5
| № слоя | Материал | Плотность r 0, кг/м³ | Толщина δ, м |
| Кладка из силикатного кирпича на пес-чанно-цементном растворе | 0,12 | ||
| Плита из стеклянного или штапельного волокна на синтетическом связующем | ? | ||
| Керамзитобетон на керамзитовом песке | 0,38 | ||
| Штукатурка (цементно-песчаный рас-твор) | 0,02 |
ВАРИАНТ 6
| № слоя | Материал | Плотность r 0, кг/м³ | Толщина δ, м |
| Кладка из глиняного кирпича | 0,12 | ||
| Пенополистерол | ? | ||
| Керамзитобетон на керамзитовом песке | 0,25 | ||
| Штукатурка (цементно-песчаный рас-твор) | 0,02 |
ВАРИАНТ 7
| № слоя | Материал | Плотность r 0, кг/м³ | Толщина δ, м |
| Кладка из шлакового кирпича | 0,12 | ||
| Пенополистерол | ? | ||
| Керамзитобетон на керамзитовом песке | 0,38 | ||
| Штукатурка (цементно-песчаный рас-твор) | 0,02 |
ВАРИАНТ 8
| № слоя | Материал | Плотность r 0, кг/м³ | Толщина δ, м |
| Кладка из керамического пустотного кирпича | 0,12 | ||
| Пенополиуретан | ? | ||
| Керамзитобетон на керамзитовом песке | 0,25 | ||
| Штукатурка (цементно-песчаный рас-твор) | 0,02 |
ВАРИАНТ 9
| № слоя | Материал | Плотность r 0, кг/м³ | Толщина δ, м |
| Кладка из керамического пустотного кирпича | 0,12 | ||
| Пенополиуретан | ? | ||
| Керамзитобетон на керамзитовом песке | 0,38 | ||
| Штукатурка (цементно-песчаный рас-твор) | 0,02 |
ВАРИАНТ 10
| № слоя | Материал | Плотность r 0, кг/м³ | Толщина δ, м |
| Кладка из керамического пустотного кирпича | 0,12 | ||
| Плита полужесткая минераловатная | ? | ||
| Керамзитобетон на керамзитовом песке | 0,25 | ||
| Штукатурка (цементно-песчаный рас-твор) | 0,02 |
ВАРИАНТ 11
| № слоя | Материал | Плотность r 0, кг/м³ | Толщина δ, м |
| Железобетон | 0,12 | ||
| Пенополистерол | ? | ||
| Кладка из сплошного глиняного кирпича | 0,38 | ||
| Штукатурка (цементно-песчаный рас-твор) | 0,02 |
ВАРИАНТ 12
| № слоя | Материал | Плотность r 0, кг/м³ | Толщина δ, м |
| Пемзобетон | 0,12 | ||
| Плита из стеклянного или штапельного волокна на синтетическом связующем | ? | ||
| Кладка из сплошного глиняного кирпича | 0,25 | ||
| Штукатурка (цементно-песчаный рас-твор) | 0,02 |
ВАРИАНТ 13
| № слоя | Материал | Плотность r 0, кг/м³ | Толщина δ, м |
| Бетон на вулканическом шлаке | 0,12 | ||
| Пенополистерол | ? | ||
| Кладка из сплошного глиняного кирпича | 0,25 | ||
| Штукатурка (цементно-песчаный рас-твор) | 0,02 |
ВАРИАНТ 14
| № слоя | Материал | Плотность r 0, кг/м³ | Толщина δ, м |
| Керамзитобетон на керамзитовом песке | 0,12 | ||
| Плита из стеклянного или штапельного волокна на синтетическом связующем | ? | ||
| Кладка из сплошного глиняного кирпича | 0,38 | ||
| Штукатурка (цементно-песчаный рас-твор) | 0,02 |
ВАРИАНТ 15
| № слоя | Материал | Плотность r 0, кг/м³ | Толщина δ, м |
| Керамзитобетон на кварцевом песке с поризацией | 0,12 | ||
| Плита мягкая минераловатная | ? | ||
| Кладка из сплошного глиняного кирпича | 0,25 | ||
| Штукатурка (цементно-песчаный рас-твор) | 0,02 |
ВАРИАНТ 16
| № слоя | Материал | Плотность r 0, кг/м³ | Толщина δ, м |
| Керамзитобетон на перлитовом песке | 0,12 | ||
| Пенополистерол | ? | ||
| Кладка из сплошного глиняного кирпича | 0,25 | ||
| Штукатурка (цементно-песчаный рас-твор) | 0,02 |
ВАРИАНТ 17
| № слоя | Материал | Плотность r 0, кг/м³ | Толщина δ, м |
| Шунгизитобетон | 0,12 | ||
| Пенополистерол | ? | ||
| Кладка из сплошного глиняного кирпича | 0,25 | ||
| Штукатурка (цементно-песчаный рас-твор) | 0,02 |
ВАРИАНТ 18
| № слоя | Материал | Плотность r 0, кг/м³ | Толщина δ, м |
| Перлитобетон | 0,12 | ||
| Плита из стеклянного или штапельного волокна на синтетическом связующем | ? | ||
| Кладка из сплошного глиняного кирпича | 0,25 | ||
| Штукатурка (цементно-песчаный рас-твор) | 0,02 |
ВАРИАНТ 19
| № слоя | Материал | Плотность r 0, кг/м³ | Толщина δ, м |
| Термозитобетон | 0,12 | ||
| Плита полужесткая минераловатная | ? | ||
| Кладка из сплошного глиняного кирпича | 0,38 | ||
| Штукатурка (цементно-песчаный рас-твор) | 0,02 |
ВАРИАНТ 20
| № слоя | Материал | Плотность r 0, кг/м³ | Толщина δ, м |
| Шлакопемзогазобетон | 0,12 | ||
| Плита из стеклянного или штапельного волокна на синтетическом связующем | ? | ||
| Кладка из сплошного глиняного кирпича | 0,25 | ||
| Штукатурка (цементно-песчаный рас-твор) | 0,02 |
ВАРИАНТ 21
| № слоя | Материал | Плотность r 0, кг/м³ | Толщина δ, м |
| Газобетон | 0,12 | ||
| Плита полужесткая минераловатная | ? | ||
| Кладка из сплошного глиняного кирпича | 0,38 | ||
| Штукатурка (цементно-песчаный рас-твор) | 0,02 |
ВАРИАНТ 22
| № слоя | Материал | Плотность r 0, кг/м³ | Толщина δ, м |
| Газобетон | 0,12 | ||
| Пенополистерол | ? | ||
| Кладка из сплошного глиняного кирпича | 0,25 | ||
| Штукатурка (цементно-песчаный рас-твор) | 0,02 |
ВАРИАНТ 23
| № слоя | Материал | Плотность r 0, кг/м³ | Толщина δ, м |
| Пенобетон | 0,12 | ||
| Плита минераловатная | ? | ||
| Кладка из сплошного глиняного кирпича | 0,38 | ||
| Штукатурка (цементно-песчаный рас-твор) | 0,02 |
ВАРИАНТ 24
| № слоя | Материал | Плотность r 0, кг/м³ | Толщина δ, м |
| Пенобетон | 0,12 | ||
| Пенополистерол | ? | ||
| Кладка из сплошного глиняного кир-пича | 0,25 | ||
| Штукатурка (цементно-песчаный рас-твор) | 0,02 |
ВАРИАНТ 25
| № слоя | Материал | Плотность r 0, кг/м³ | Толщина δ, м |
| Газобетон | 0,12 | ||
| Плита минераловатная | ? | ||
| Кладка из сплошного глиняного кир-пича | 0,38 | ||
| Штукатурка (цементно-песчаный рас-твор) | 0,02 |
22 23
Список используемых источников
- Кирнев А.Д. Технология возведения зданий и специальных сооружений[текст]: учебное пособие / А. Д. Кирнев, А. И. Субботин, С. И. Евтушенко. - Ростов н/Д: Феникс, 2005. - 576 с.
- Теличенко В.И. Технология возведения зданий и сооружений [текст]: учебник / В. И. Теличенко, О. М. Терентьев, А. А. Лапидус. - Гриф Минобразования РФ. - М.: Высшая школа, 2006. - 446 с.
- Архитектура, строительство, дизайн: учебник / под ред. А.Г. Лазарева. - Ростов н/Д: Феникс, 2006. - 316 с.
- Калинин В.М., Сокова С.Д., Топилин А.Н.Обследование и испытание конструкций зданий и сооружений: Учебник. - М.: ИНФРА-М, 2011. - 336 с.