Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕПЛОФИЗИКА_ПОСОБИЕ_2010.doc
Скачиваний:
75
Добавлен:
22.11.2019
Размер:
35 Мб
Скачать
☆
    1. Теплотехнический расчет утепленных полов на грунте

Термическое сопротивление теплопередаче полов, соприкасающихся не с воздухом, а с грунтом, определяется приближенно. При строительстве жилых и общественных зданий применяют только утепленные полы. Известно, что температурное поле грунта под полом различно: чем ближе к наружной стенке, тем температура грунта ниже. Принято такие полы разграничивать на четыре зоны шириной , начиная от наружной поверхности стены во внутрь здания с условно постоянной температурой в каждой зоне.

Термические сопротивления теплопередаче отдельных зон полов на грунте , , определяются по уравнениям [2]:

I зона

,

(1.8)

II зона

,

(1.9)

III зона

,

(1.10)

IV зона

,

(1.11)

где , , , - значения термического сопротивления теплопередаче отдельных зон неутепленных полов, соответственно равны , , и ; - сумма значений термических сопротивлений теплопроводности утепляющих слоев конструкции, , определяемых по уравнению (1.4); - число принятых слоев.

Коэффициент теплопередачи , , отдельных зон утепленных полов на грунте вычисляется по описанной выше методике с применением формулы (1.5).

    1. Теплотехнический расчет световых проемов и наружных дверей здания

В практике строительства жилых и общественных зданий применяется одинарное, двойное и тройное остекление в деревянных, пластмассовых или металлических переплетах, спаренное или раздельное. Теплотехнический расчет световых проемов осуществляется в зависимости от района строительства и назначения помещений.

Требуемое термическое сопротивление теплопередаче , , для световых проемов определяют по формуле (1.3). Затем по значению выбирают конструкцию светового проема с приведенным сопротивлением теплопередаче , , при условии [3].

В приложении 3 приведены рекомендуемые типы технических решений окон с указанием их тепловой защиты по данным [3].

Для принятой конструкции светового проема коэффициент теплопередачи , , определяется по уравнению (1.5).

Требуемое общее сопротивление теплопередаче наружных дверей , , должно быть не менее для стен зданий и сооружений при расчетной зимней температуре наружного воздуха , , равной средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 [1].

Принимаем фактическое общее сопротивление теплопередаче наружных дверей , тогда фактическое общее сопротивление теплопередаче наружных дверей , , можно найти из выражения:

.

(1.12)

Коэффициент теплопередачи наружных дверей , , вычисляется аналогичным способом по уравнению (1.5).

Расчетно-практическая работа № 1

«Теплотехнический расчет наружных ограждений здания»

В данной работе требуется определить теплозащитные свойства основных конструктивных элементов здания – многослойной наружной стены, покрытия и пола, светового проема и наружной двери. Оценить полученные значения с учетом предъявляемых санитарно-гигиенических требований и условий энергосбережения. В случае несоответствия приведенных значений термических сопротивлений конструкций нормативным величинам определить требуемую толщину теплоизоляционного слоя.

Для каждого расчетного случая рассчитать коэффициент теплопередачи конструкции здания.

Исходные данные для теплотехнического расчета

№

варианта

Район

строительства

Тип здания

№

варианта

Район

строительства

Тип здания

1

Воркута

Больница

13

Рязань

Жилое здание

2

Астрахань

Универмаг

14

Воронеж

Профилакторий

3

Санкт-Петербург

Жилое здание

15

Хабаровск

Гостиница

4

Иркутск

Школа

16

Краснодар

Производственное помещение (IIа)

5

Владивосток

Производственное помещение (IIб)

17

Казань

Жилое здание

6

Кострома

Детский сад

18

Енисейск

Больница

7

Сочи

Интернат

19

Омск

Столовая

8

Челябинск

Профилакторий

20

Нижний

Новгород

Детские ясли

9

Калининград

Школа

21

Москва

Производственное помещение (Iб)

10

Волгоград

Жилое здание

22

Новосибирск

Общежитие

11

Мурманск

Производственное помещение (Iа)

23

Пермь

Универмаг

12

Ярославль

Общежитие

24

Оренбург

Жилое здание

Примечание: все здания подключены к централизованным источникам теплоснабжения (ТЭЦ и районным отопительным котельным).

Расчетно-практическая работа должна быть выполнена в соответствии с требованиями стандарта вуза.

Конструктивный элемент №1 – Горизонтальное ограждение здания

№

варианта

Схема конструктивного элемента

Составные элементы

конструкции

Примечание

1

1 – кирпич глиняный обыкновенный на цементно-перлитовом растворе;

2 – пенополистирол;

3 – воздушная прослойка;

4 – кирпич глиняный обыкновенный на цементно-перлитовом растворе

δ1 = 250 мм;

δ2 = 20 мм,

ρ2 = 100 кг/м3;

δ3 = 50 мм; δ4 = 120 мм

8

11

15

20

23

2

1 – раствор цементно-песчаный;

2 – кирпич силикатный на цементно-песчаном растворе (ГОСТ 379);

3 – пенополистирол (ГОСТ 15588);

4 – облицовка из гранита

δ1 = 20 мм;

δ2 = 380 мм;

δ3 = 30 мм, ρ3 = 40 кг/м3;

δ4 = 15 мм

6

13

17

22

24

3

1 – раствор известково-песчаный;

2 – кирпич глиняный обыкновенный на цементно-шлаковом растворе;

3 – маты из стеклянного штапельного волокна «URSA»;

4 – воздушная прослойка;

5 – облицовка из мрамора

δ1 = 20 мм;

δ2 = 510 мм;

δ3 = 150 мм, ρ3 = 25 кг/м3;

δ4 = 60 мм;

δ5 = 10 мм

5

9

12

16

19

4

1 – раствор цементно-песчаный;

2 – керамзитопенобетон;

3 – плита минераловатная ЗАО «Минеральная вата»;

4 – шлаковый кирпич на цементно-песчаном растворе

δ1 = 30 мм;

δ2 = 400 мм, ρ2 = 1800 кг/м3;

δ3 = 70 мм, ρ3 = 180 кг/м3;

δ4 = 120 мм

7

10

14

18

21

Конструктивный элемент №2 – Вертикальное ограждение здания

№

варианта

Схема конструктивного элемента

Составные элементы

конструкции

Примечание

1

1 – железобетонная плита;

2 – рубероид (ГОСТ 10923);

3 – плиты жесткие минераловатные (ГОСТ 22950);

4 – раствор цементно-песчаный;

5 – рубероид (ГОСТ 10923)

δ1 = 250 мм,

ρ1 = 2500 кг/м3;

δ2 = 10 мм,

ρ2 = 600 кг/м3;

δ3 = 150 мм,

ρ3 = 250 кг/м3;

δ4 = 30 мм;

δ5 = 10 мм

8

11

15

20

23

2

1 – железобетонная плита;

2 – рубероид (ГОСТ 10923);

3 – газобетон;

4 – раствор цементно-песчаный;

5 – рубероид (ГОСТ 10923)

δ1 = 250 мм,

ρ1 = 2500 кг/м3;

δ2 = 10 мм,

ρ2 = 600 кг/м3;

δ3 = 150 мм,

ρ3 = 600 кг/м3;

δ4 = 30 мм;

δ5 = 10 мм,

ρ5 = 600 кг/м3

6

13

17

22

24

3

1 – железобетонная плита;

2 – рубероид (ГОСТ 10923);

3 – плита полужесткая минераловатная (ГОСТ 10140);

4 – известково-песчаная стяжка;

5 – воздушная прослойка;

6 – железобетон (ГОСТ 26663);

7 – рубероид (ГОСТ 10923)

δ1 = 250 мм,

ρ1 = 2500 кг/м3;

δ2 = 10 мм;

δ3 = 120 мм,

ρ3 = 200 кг/м3;

δ4 = 30 мм;

δ5 = 100 мм;

δ6 = 60 мм,

ρ6 = 2500 кг/м3;

δ7 = 10 мм

5

9

12

16

19

4

1 – раствор известково-песчаный;

2 – железобетонная плита;

3 – раствор цементно-песчаный;

4 – плиты минераловатные ЗАО «Минеральная вата»;

5 – раствор цементно-песчаный;

6 – рубероид (ГОСТ 10923)

δ1 = 10 мм;

δ2 = 250 мм,

ρ2 = 2500 кг/м3;

δ3 = 30 мм;

δ4 = 80 мм,

ρ4 = 180 кг/м3;

δ5 = 20 мм;

δ6 = 12 мм,

ρ6 = 600 кг/м3

7

10

14

18

21

Конструктивный элемент №3 – Утепленный пол над подвалом

№

варианта

Схема конструктивного элемента

Составные элементы

конструкции

Примечание

1

1 – железобетон (ГОСТ 26663);

2 – плита фибролитовая;

3 – раствор цементно-песчаный;

4 – линолеум поливинилхлоридный (ГОСТ 18108)

δ1 = 220 мм,

ρ1 = 2500 кг/м3;

δ2 = 120 мм,

ρ2 = 500 кг/м3;

δ3 = 40 мм;

δ4 = 5 мм,

ρ4 = 1800 кг/м3

8

11

15

20

23

2

1 – раствор цементно-песчаный;

2 – железобетон (ГОСТ 26663);

3 – маты и полосы из стекловолокна;

4 – плитка из мрамора

δ1 = 20 мм;

δ2 = 220 мм,

ρ2 = 2500 кг/м3;

δ3 = 150 мм,

ρ3 = 150 кг/м3;

δ4 = 40 мм

6

13

17

22

24

3

1 – железобетон (ГОСТ 26663);

2 – рубероид (ГОСТ 10923);

3 – гравий керамзитовый (ГОСТ 9757);

4 – воздушная прослойка;

5 – доска деревянная (ель);

6 – плитка из мрамора

δ1 = 220 мм,

ρ1 = 2500 кг/м3;

δ2 = 10 мм,

ρ2 = 600 кг/м3;

δ3 = 120 мм,

ρ3 = 500 кг/м3;

δ4 = 100 мм;

δ5 = 30 мм;

δ6 = 40 мм

5

9

12

16

19

4

1 – железобетон (ГОСТ 26663);

2 – раствор цементно-песчаный;

3 – перлитопластбетон;

4 – паркет из дуба (ГОСТ 9462)

δ1 = 220 мм,

ρ1 = 2500 кг/м3;

δ2 = 30 мм;

δ3 = 80 мм,

ρ3 = 200 кг/м3;

δ4 = 20 мм

7

10

14

18

21

Пример выполнения РПР № 1

Выполнить теплотехнический расчет наружной многослойной стены жилого здания (рис. 2)

Рис. 2. Наружная многослойная стена

  1. Ограждающая конструкция жилого здания, состоящая из трех слоев: керамзитобетона ρ1=1000 кг/м3 толщиной δ1=0,120 м; слоя утеплителя из пенополистирола ρут=40 кг/м3; керамзитобетона ρ2=1000 кг/м3 толщиной δ2=0,08 м.

  2. Район строительства – г. Пенза.

  3. Влажностный режим помещения – нормальный.

  4. Отопление осуществляется от ТЭЦ.

  5. Согласно прил. 1, г. Пенза находится в сухой зоне влажности, влажностный режим нормальный, следовательно, рассчитываемая ограждающая конструкция будет эксплуатироваться в условиях А (см. табл. 1.2).

  6. Значения теплотехнических характеристик и коэффициентов в формулах:

text=-29 оС с обеспеченность 0,92 по данным [4];

tht=-3,6 оС по данным [4];

zht=222 сут по данным [4];

tint=20 ºС по данным [5];

λ1=0,33 Вт/(мºС) по таблице прил. 5 [3];

λ2=0,33 Вт/(мºС) по таблице прил. 5 [3];

λут=0,041 Вт/(мºС) по таблице прил. 5 [3];

int=8,7 Вт/(м2ºС) (см. табл. 1.5);

Δtn=4 ºС (см. табл. 1.4);

n=1,0 (см. табл. 1.3);

ext=23 Вт/(м2ºС) (см. табл. 1.6).

Решение задачи:

  1. Первоначально определяем требуемое сопротивление теплопередаче по формуле (1.2):

.

  1. По формуле (1.1) рассчитываем градусо-сутки отопительного периода:

.

  1. Величина сопротивления теплопередаче ограждения с учетом энергосбережения с учетом прил. Б по формуле (1.3) равна .

  2. Сравнивая сопротивления теплопередаче ограждения, принимаем для дальнейших расчетов большее значение, т. е. .

  3. На основании условия и формулы (1.4) определяем предварительную толщину утеплителя из пенополистирола:

.

В соответствии с требованиями унификации принимаем общую толщину панели , тогда .

  1. Уточняем общее фактическое сопротивление теплопередаче для всех слоев ограждения по выражению (1.4):

.

Таким образом, условие теплотехнического расчета выполнено, так как .

  1. Коэффициент теплопередачи для данной ограждающей конструкции определяем по уравнению (1.5):

.

Выполнить теплотехнический расчет наружного ограждения (покрытия) жилого здания (рис. 3)

Рис. 3. Конструкция покрытия жилого здания с неоднородным элементом

  1. Ограждающая конструкция, совмещенное многослойное покрытие – железобетонная плита шириной 1 м с пятью пустотами объемным весом ρ1=2500 кг/м3 и толщиной δ1=0,25 м; пароизоляция – битумная мастика с ρ2=1400 кг/м3 и δ2=0,003 м; утеплитель – маты минераловатные с ρут=125 кг/м3 и выравнивающий слой цементно-песчаного раствора с ρ3=1800 кг/м3 и δ3=0,05 м; гидроизоляция – три слоя рубероида с ρ4 =600 кг/м3 и δ4=0,009 м.

  2. Район строительства – г. Пенза.

  3. Влажностный режим помещения – нормальный.

  4. Отопление осуществляется от ТЭЦ.

  5. Согласно прил. 1, г. Пенза находится в сухой зоне влажности, влажностный режим нормальный, следовательно, рассчитываемая ограждающая конструкция будет эксплуатироваться в условиях А (см. табл. 1.2).

  6. Значения теплотехнических характеристик и коэффициентов в формулах:

text=-29 оС с обеспеченность 0,92 по данным [4];

tht=-3,6 оС по данным [4];

zht=222 сут по данным [4];

tint=20 ºС по данным [5];

λ1=1,92 Вт/(мºС) по таблице прил. 5 [3];

λ2=0,27 Вт/(мºС) по таблице прил. 5 [3];

λут=0,064 Вт/(мºС) по таблице прил. 5 [3];

λ3=0,76 Вт/(мºС) по таблице прил. 5 [3];

λ4=0,17 Вт/(мºС) по таблице прил. 5 [3];

int=8,7 Вт/(м2ºС) (см. табл. 1.5);

Δtn=3 ºС (см. табл. 1.4);

n=1,0 (см. табл. 1.3);

ext=23 Вт/(м2ºС) (см. табл. 1.6).

Решение задачи:

  1. Рассчитываем требуемое общее термическое сопротивление теплопередаче покрытия (1.2):

.

  1. По формуле (1.1) определяем градусо-сутки отопительного периода:

.

  1. Величина сопротивления теплопередаче ограждения с учетом энергосбережения с учетом прил. 2 по формуле (1.3) равна .

  2. Сравнивая сопротивления теплопередаче ограждения, принимаем для дальнейших расчетов большее, т. е. .

  3. Находим термическое сопротивление теплопередаче железобетонной конструкции многопустотной плиты по формуле (1.7). Для упрощения круглые отверстия – пустоты плиты диаметром – заменяем равновеликими по площади квадратными со стороной:

  1. Термическое сопротивление теплопередаче плиты вычисляем отдельно для слоев, параллельных и и перпендикулярных , , движению теплового потока.

  2. Термическое сопротивление плиты , , в направлении, параллельном движению теплового потока, вычисляем для двух характерных сечений ( и ).

В сечении (два слоя железобетона суммарной толщиной с коэффициентом теплопроводности и воздушная прослойка с термическим сопротивлением по табл. 1.7) термическое сопротивление составит:

.

В сечении (слой железобетона с коэффициентом теплопроводности ) термическое сопротивление составит:

.

Затем по уравнению (1.6) получим следующее:

.

Площадь слоев в сечении равна .

Площадь слоев в сечении равна .

Термическое сопротивление плиты , , в направлении, перпендикулярном движению теплового потока, вычисляют для трех характерных сечений ( , , ).

Для сечения и (два слоя железобетона):

с .

.

Для сечения термическое сопротивление по формуле (1.6) составит:

.

Площадь воздушных прослоек в сечении равна .

Площадь слоев из железобетона в сечении равна .

Термическое сопротивление воздушной прослойки в сечении с (см. табл. 1.7) равно .

Термическое сопротивление слоя железобетона в сечении с :

.

Затем определяем величину .

Полное термическое сопротивление железобетонной конструкции плиты определится из уравнения (1.7):

.

  1. На основании условия и формулы (1.4) определяем предварительную толщину утеплителя из пенополистирола:

.

Принимаем общую толщину утеплителя .

  1. Уточняем общее фактическое сопротивление теплопередаче для всех слоев ограждения по выражению (1.4):

.

Таким образом, условие теплотехнического расчета выполнено, так как .

  1. Коэффициент теплопередачи для данной ограждающей конструкции определяем по уравнению (1.5):

.

Выполнить теплотехнический расчет конструкции полов над подвалом здания (рис. 4)

Рис. 4. Конструкция пола над подвалом здания

  1. Многослойная конструкция: железобетонная плита без пустот с объемной массой ρ1=2500 кг/м3 и толщиной δ1=0,25 м; пароизоляция – битумная мастика с ρ2=1400 кг/м3 и δ2=0,003 м; утеплитель – маты минераловатные с ρут=125 кг/м3; выравнивающий слой – цементно-песчаный раствор с ρ3=1800 кг/м3 и δ3=0,05 м; паркет из дуба с ρ4=700 кг/м3 и δ4=0,025 м.

  2. Район строительства – г. Пенза.

  3. Влажностный режим – нормальный.

  4. Отопление осуществляется от ТЭЦ.

  5. Согласно прил. 1, г. Пенза находится в сухой зоне влажности, влажностный режим нормальный, следовательно, рассчитываемая ограждающая конструкция будет эксплуатироваться в условиях А (см. табл. 1.2).

  6. Значения теплотехнических характеристик и коэффициентов в формулах:

text=-29 оС с обеспеченность 0,92 по данным [4];

tht=-3,6 оС по данным [4];

zht=222 сут по данным [4];

tint=20 ºС по данным [5];

λ1=1,92 Вт/(мºС) по таблице прил. 5 [3];

λ2=0,27 Вт/(мºС) по таблице прил. 5 [3];

λут=0,064 Вт/(мºС) по таблице прил. 5 [3];

λ3=0,76 Вт/(мºС) по таблице прил. 5 [3];

λ4=0,35 Вт/(мºС) по таблице прил. 5 [3];

int=8,7 Вт/(м2ºС) (см. табл. 1.5);

Δtn=2 ºС (см. табл. 1.4);

n=0,75(см. табл. 1.3);

ext=12 Вт/(м2ºС) (см. табл. 1.6).

Решение задачи:

  1. Задаемся конструкцией перекрытия над подвалом и определяем требуемое общее термическое сопротивление по уравнению (1.2):

.

  1. По формуле (1.1) рассчитываем градусо-сутки отопительного периода:

.

  1. Величина сопротивления теплопередаче перекрытия над подвалом с учетом энергосбережения с учетом прил. 2 по формуле (1.3) равна .

  2. Сравнивая сопротивления теплопередаче пола, принимаем для дальнейших расчетов большее, т. е. .

  3. На основании условия и формулы (1.4) определяем предварительную толщину утеплителя:

.

Принимаем общую толщину утеплителя .

  1. Уточняем общее фактическое сопротивление теплопередаче для всех слоев ограждения по выражению (1.4):

.

Таким образом, принятая конструкция с толщиной утеплителя отвечает теплотехническим требованиям, так как выполняется условие энергосбережения .

  1. Коэффициент теплопередачи многослойного перекрытия над подвалом определяем по формуле (1.5):

.

Выполнить теплотехнический расчет светового проема здания

  1. Здание жилое.

  2. Район строительства – г. Пенза.

  3. Значения теплотехнических характеристик и коэффициентов в формулах:

text=-29 оС с обеспеченность 0,92 по данным [4];

tint=20 ºС по данным [5];

zht=222 сут по данным [4];

Dd=5239 оС по формуле (1.1).

Решение задачи:

  1. Определяем с учетом прил. 2 по формуле (1.3) для световых проемов требуемое термическое сопротивление теплопередаче .

  2. По значению выбираем конструкцию окна с приведенным сопротивлением теплопередаче , , при условии .

Таким образом, для нашего примера по прил. 3 принимаем окно из двухкамерного стеклопакета из обычного стекла (с межстекольным расстоянием ) с фактическим сопротивлением теплопередаче .

Для принятой конструкции светового проема коэффициент теплопередачи определяется по уравнению (1.5):

.

Выполнить теплотехнический расчет наружной двери здания

  1. Здание жилое.

  2. Район строительства – г. Пенза.

  3. Значения теплотехнических характеристик и коэффициентов в формулах:

text=-29 оС с обеспеченность 0,92 по данным [4];

tht=-3,6 оС по данным [4];

int=8,7 Вт/(м2ºС) (см. табл. 1.5);

Δtn=4 ºС (см. табл. 1.4);

n=1,0 (см. табл. 1.3).

Решение задачи:

  1. Фактическое общее сопротивление теплопередаче наружных дверей можно найти из выражения (1.12):

.

Коэффициент теплопередачи наружных дверей вычисляется аналогичным способом по уравнению (1.5):

.