Теплотехнический расчет неоднородных ограждающих конструкций здания

К неоднородным ограждениям относятся однослойные и многослойные ограждения с теплопроводными включениями. Такими конструкциями являются, например, каменные облегченные кладки, трехслойные железобетонные панели с эффективными утеплителями и ребристыми наружными и внутренними ребрами и т.п.

В неоднородных ограждениях тепловые потоки искривляются, направляясь в сторону наиболее теплопроводных участков. Если теплопроводные включения достаточно протяженные (длина включения превышает двойную ширину ограждения), то образуется двухмерное температурное поле, если теплопроводные включения точечные, то температурное поле считается трехмерным.

Методика определения приведенного сопротивления теплопередаче неоднородных ограждающих конструкций производится согласно приложению М СП23-202-2004 на основе расчета температурных полей с помощью ПК и специальных программ.

Пример № 6

Теплотехнический расчет участка стенового ограждения и перекрытия с термовкладышами

Исходные данные

Место строительства - Екатеринбург.

Теплотехнический расчет произведен для ограждающих конструкций здания с железобетонной плитой перекрытия и термовкладышами из пенополистирола ПСБ-С-35 с помощью программы COSMOSWorks.

Коэффициенты теплопроводности слоев перекрытия:

• Железобетонная плита перекрытия:

λ_жб = 1,92 Вт/м ºC;

δ_жб = 0,200 м.

• Термовкладыш – пенополистирол ПСБ-С-35 ГОСТ 15588-86: λ_т = 0,045 Вт/м ºC;

δ_т = 0,150 м.

Конструктив краевого участка плиты под наружными стенами здания (см. рис. 4.6):

• железобетонная плита перекрытия толщиной 200 мм;

• термовкладыши из пенополистирола ПСБ-С-35 длиной 500 мм шириной 150 мм высотой 200 мм. Термо-вкладыши установлены на расстоянии 120 мм от края плиты перекрытия;

• теплопроводные включения – перемычки из железобетона между термовкладышами на всю высоту плиты – 200 мм, шириной 150 мм.

Порядок расчета перекрытия с термовкладышами

Производим моделирование участка стен и перекрытия согласно предоставленным исходным данным по составу перекрытия и ограждающих конструкций. Исследуемая область имеет «┤» -образную форму, вертикальной стороной которой является ограждающая конструкция стены (см. пример 2), горизонтальной – плита перекрытия с термовкладышами.

Рис. 4.6. Участок стенового ограждения

На процесс теплопередачи в рассматриваемой конструкции оказывают влияние теплопроводные железобетонные включения, расположенные между термовкладышами, и образующие так называемые мостики холода. Для расчета выделен участок стенового ограждения с тремя термовкладышами и заданы следующие граничные условия:

• по внутренним граням расчетной модели (стена и перекрытие) задаются конвективные граничные условия с коэффициентом теплоотдачи α_int=8,7 Вт/м²ºC и температурой t_int = +20 ºC;

• по наружным граням расчетной модели (стена и перекрытие) задаются конвективные граничные условия с коэффициентом теплоотдачи α_ext = 23 Вт/м²ºC и температурой t_ext = −35 ºC.

В результате вычислений получены следующие результаты, которые приводятся по двум сечениям расчетной модели: а-а – по середине теплопроводного включения; б-б – по середине термовкладыша:

На рис. 4.7 и 4.8 приведены диметрии расчетной схемы с непрерывными изополями температуры.

Рис. 4.7. Диметрия расчетной схемы с изополями температуры (вид с наружной стороны участка ограждения)

Рис. 4.8. Диметрия расчетной схемы с изополями температуры (вид с внутренней стороны участка ограждения)

На рис. 4.9 и 4.10 приведены эпюры с дискретным распределением температуры в толще стены и перекрытия посередине теплопроводного включения и посередине термовкладыша.

Рис. 4.9. Эпюра температуры, сечение а-а посередине теплопроводного включения

Рис. 4.10. Эпюра температуры, сечение б-б посередине термовкладыша

На рис. 4.11 приведены графики температуры на внутренней поверхности стены по сечению а-а и по сечению б-б. За нуль принята отметка верха перекрытия. Как видно из рис. 4.9, температура на поверхности стены резко возрастает по мере удаления от верхней поверхности перекрытия и стабилизируется на высоте 0,5 м в районе +18,54 ºC.

Минимальная температура в месте теплопроводных включений, полученная при расчете, составляет t_tv = +14,9 ºC.

Согласно СНиП II-3-79* «Строительная теплотехника» температура на внутренней поверхности ограждения в месте теплопроводных включений при расчетной температуре наружного воздуха должна быть не менее точки росы t_d.

Рис. 4.11. Графики распределения температуры по поверхности стены

Температура точки росы принимается по табл. прил. Р СП23-101-2004 в зависимости от t_int = 20ºC и φ_int = 55%: t_d = 10,69 ºC.

t_tv = 14,9 ºC > t_d = 10,69 ºC

Конструкция перекрытия с термовкладышами шириной 150 мм удовлетворяет требованиям СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» по условиям энергосбережения, а также обеспечения санитарно-гигиенических и комфортных условий.