Приведенное сопротивление теплопередаче непрозрачной неоднородной

ограждаю­щей конструкции.

Требуется найти толщину утеплителя и определить приведенное сопро­тивление теплопередаче многослойной наружной стены с внутренними металлическими связями, строительный материал, его плотность и толщина каждого слоя которой указаны в табл.3 (нумерация слоев снаружи внутрь):

Таблица 3

Номер слоя	Материал слоя	Плотность материала ρо, кг/м3	Толщина слоя, м
1. 2. 3. 4.	Штукатурка (сложный раствор) Плиты из минеральной ваты Кладка из сплошного глиняного кирпича Штукатурка (цементно-песчаный раствор)		0,02 ? 0,25 0,02

0,5 м – шаг раскладки гибких связей

Район строительства здания относится к нормальной влажностной зоне (п. 1.1). В здании поддерживается сухой влажностный режим. (п. 1.2).

3.1.1.По прил. 9. определяем, что при сухом влажностном режиме помещения и нормальной зоне влажности района строи­тельства все ограждения объекта находятся в условиях эксплуатации, относящихся к градации А.

3.1.2. По прил. 10 находим теплотехнические по­казатели строительных материалов и заносим их в табл. 4:

Рис. 1 Схема сечения наружной стены

(номера слоев соответствуют табл. 3 и 4)

Таблица 4

Материал слоя	Плот-ность матери-ала ρо, кг/м3	Толщина слоя , м	Удельная теплоемкость материала , кДж/(кг.оС)	Характеристики материалов
теплопро-водность , Вт/(м.оС)	теплоус-воение , Вт/(м2.оС)	паропро-ница-емость , мг/(м.ч.Па)
1. Штукатурка (сложный раствор) 2. Плиты минераловатные из каменного волокна 3. Кладка из сплошного глиняного кирпича на цементно-песчанном растворе 4. Штукатурка (цементно-песчаный раствор)		0,02     ?   0,25     0,02	0,84     0,84   0,88     0,84	0,76     0,042   0,7     0,76	8,95     0,53   9,2     9,6	0,098     0,32   0,11     0,09

3.1.3. Расчет приведенного сопротивления теплопередачи ограждающей конструкции основан на представлении фрагмента теплозащитной оболочки зданияв виде набора независимых элементов, каждый из которых влияет на тепловые потери через фрагмент. Удельные потери теплоты, обусловленные каждым элементом, находятся на основе сравнения потока теплоты через узел, содержащий элемент, и через тот же узел, но без исследуемого элемента. В соответствии с последними нормативными документами этот метод должен применяться к расчету всех наружных ограждающих конструкций. Но особенно актуален он в применении к наружным стенам.

Так как современные наружные стены зданий являются слоистыми конструкциями, между слоями имеются связи, которые можно в расчете представлять в виде штыря определенного диаметра, выполненного, как правило, из металла с большой теплопроводностью. Расстановка этих точечных связей по площади наружной стены может быть равномерной и неравномерной. Рассматриваемый метод состоит в учете дополнительных теплопотерь через одну связь определенного диаметра и материала и умножении этой добавки на число таких связей.

Примером линейной неоднородности является узел примыкания окна к стене, в котором одномерное температурное поле меняется на трехмерное. Протяженность каждого оконного откоса (периметр окна) считается достаточно длинной, чтобы не учитывать углы откосов. Тогда температурное поле откоса можно считать двухмерным (сечение поперек откоса). Определение дополнительных теплопотерь через поперечное сечение откоса на длине 1 м является промежуточной целью расчета. Результат получается умножением полученных дополнительных теплопотерь на длину всех откосов данной конструкции всех окон во фрагменте наружной стены.

1. Выделяют фрагмент ограждающей конструкции. Определяют его площадь. Перечисляют из каких плоских элементов он состоит. Какие линейные теплотехнические неоднородности в этом фрагменте. Какие точечные теплотехнические неоднородности в этом фрагменте.

2. Определяют абсолютные размеры (геометрические характеристики) теплотехнических неоднородностей.

3. Определяют удельные потери теплоты. При этом используют прил. 12..

4. Определяют относительные геометрические характеристики.

С учетом требования равенства или превосходства значения приведенного сопротивления теплопередаче расчетной ограждающей конструкции над требуемым:

. (3)

По формуле (4) рассчитываем толщину утепляющего слоя:

, (4)

где –требуемое сопротивление теплопередаче фрагмента теплозащитной оболочки здания либо выделенной ограждающей конструкции, м^{2 о}С/Вт;

l_j – протяженность линейной неоднородности j -го вида, приходящаяся на 1 м² фрагмента теплозащитной оболочки здания, или выделенной ограждающей конструкции, м/м²;

Y_j – удельные потери теплоты через линейную неоднородность j -ого вида, Вт/(м^оС), полученные расчетом двухмерного температурного поля, например, методом конечных разностей в прямоугольных координатах. При упрощенном расчете принимается по прил. 12;

n_k – количество точечных неоднородностей k -го вида, приходящихся на 1 м² фрагмента теплозащитной оболочки здания, или выделенной ограждающей конструкции, шт/м²;

χ_k – удельные потери теплоты через точечную неоднородность k- го вида, Вт/^оС, полученные расчетом трехмерного температурного поля, например, методом конечных разностей в цилиндрических координатах. При упрощенном расчете принимается по прил. 12;

a_i – площадь плоского элемента конструкции i – го вида, приходящаяся на 1 м² фрагмента теплозащитной оболочки здания, или выделенной ограждающей конструкции, м²/м²;

(5)

где A_i – площадь i -той части фрагмента, м²;

U_i - коэффициент теплопередачи однородной i -той части фрагмента теплозащитной оболочки здания (удельные потери теплоты через плоский элемент i – го вида), Вт/(м^{2 о}С).

(6)

Величина определяется осреднением по площади значений условных сопротивлений теплопередаче всех частей фрагмента теплозащитной оболочки здания

, (7)

где -условное сопротивление теплопередаче однородной части фрагмента теплозащитной оболочки здания i -го вида, м^{2 о}С/Вт, которое определяется либо экспериментально либо расчетом по формуле

, (8)

где a _в - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м²·°С), по [4] или по Приложению 7;

a _н - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м²·°С), по [4] или по Приложению 10;

R_s - термическое сопротивление слоя однородной части фрагмента, (м²×°С)/Вт; определяемое для невентилируемых воздушных прослоек по [2] или прил. 16; для материальных слоев по формуле

, (9)

δ _s - толщина слоя, м;

λ _s - теплопроводность материала слоя, Вт/(м ^оС), принимаемая по результатам испытаний в аккредитованной лаборатории; при отсутствии таких данных расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м^.оС) в зависимости от тепловлажностных условий эксплуатации ограждающей конструкции А или Б, принимается по [2] или прил. 10.

l_j,n_k, χ_k, ψ_j – то же, что в формуле (3);

α_в, α_н – коэффициенты теплоотдачи соответственно на внутренней и наружной поверхностях расчетной ограждающей конструкции, Вт/(м^2.оС); определяются по [2] и прил. 7 и 10;

δ₁, δ₂,... – толщины всех слоев в ограждающей конструкции, кроме слоя утеплителя, м;

λ₁, λ₂,.... – теплопроводности всех слоев в ограждающей конструкции, кроме слоя утеплителя, Вт/(м^.оС), определяемые по п. 3.1.2.

5. Находят удельные потоки теплоты, обусловленные элементом.

6. По формуле (10) рассчитывают приведенное сопротивление теплопередаче , м^{2 о}С/Вт, фрагмента теплозащитной оболочки здания:

(10)

Коэффициент теплотехнической однородности, r, вспомогательная величина, характеризующая эффективность утепления конструкции, определяется по формуле

(11)

Геометрические и конструктивные особенности рассчитываемого здания:

Периметр одного окна: 7 м

Площадь окна: 3 м²

Количество окон в здании: 20 шт

Суммарная длина оконных откосов: 140 м

Суммарная площадь окон: 60 м²

Периметр одной двери: 5,8 м

Площадь двери: 1,8 м²

Количество дверей: 2 шт

Суммарная длина дверных откосов:11,6 м

Суммарная площадь дверей: 3,6 м²

Общая площадь фасада (с учетом площади занимаемой оконными и дверными проемами)/ (без учета окон и дверей): 889,2/825,6 м²

Отапливаемый объем:3330 м³

Количество дюбелей для крепления теплоизоляции:5 шт на 1м²

Удельные потери теплоты (Приложение 12):

Через оконные и дверные откосы: Ψ=0,18 Вт/(м ^оС)

Через дюбели: χ=0,006 Вт/ ^оС

Общая протяженность линейных неоднородностей (дверных и оконных откосов):

140+11,6=151,6 м

Протяженность линейных неоднородностей на 1 м² фасада определяется как отношение общей протяженности линейных неоднородностей к общей площади фасада без учета окон и дверей:

l_j =151,6/825,6 = 0,184 м/м²

Количество точечных неоднородностей (дюбелей) на 1 м² фасада, n_k, равно 5 шт/м².

Площадь глади стены принимаем без иных плоских элементов, тогда Ai=ΣAi.

По формуле (6): м²/м²

Толщина теплоизоляционного слоя (формула (4)):

С учетом номенклатурного ряда теплоизоляционных изделий принимаем толщину теплоизоляционного слоя: 0,11 м.

Определение приведенного сопротивления теплопередаче наружной стены дома.

Коэффициент теплопередачи однородной части наружной стены здания по формулам (6) и (8):

Вт/м^{2 о}С.

.

Приведенное сопротивление теплопередаче наружной стены дома (формула 10):

R_o^пр = 1/(1^.0,314+0,18^.0,184+5^.0,006)=2,65 м^2.оС/Вт.

Для наружной стены здания м^2.оС/Вт > м^2.оС/Вт.

вставить фразу фразу 0,63

Коэффициент теплотехнической однородности по формуле (11): 2,65/3,19=0,83.

3.1.7. Коэффициент теплопередачи стены:

. (12)

3.1.8. Находим распределение температуры в толще стены и на ее по­верхностях при температуре наружного воздуха, равной = - 29^оС.

Связи практически изменяют сопротивления теплопередаче трех слоев 1,2,3. Однако будем считать, что сопротивление теплопередаче равномерно уменьшается в каждом слое и на поверхностях с коэффициентом пропорциональности, равным коэффициенту теплотехнической однородности r =0,83.

Распределение температуры по толщине конструкции определяется по формуле:

; (13)

Рис.2. Схема обозначения температуры по сечению стены

^;

;

(14)

;

.

Таким образом, значения температуры во всех интересующих сечениях при тем­пературе наружного воздуха, равной средней температуре наиболее холод­ной пятидневки обеспеченностью 0,92 - = - 29^оС, найдены. Убедимся в том, что наибольший темп падения температуры происходит в слое утеплителя (наиболее крутая линия), построив график (рис.3) распределения температуры в сечении стены в М 1:10. По температуре масштаб удобно принять таким, чтобы по вертикали рисунок занимал около 8-15 см. В нашем случае удобно принять в 1см 5 ^оС.

Рис. 3. Распределение температуры по сечению наружной стены

3.1.9. Температура на внутренней поверхности наружного угла определяется по формуле [8]: =19-0,75^.(0,115^.0,83/2,65)^2/3(19+29)=15,1 ^оС. (15)

3.2. Выбор заполнения светопроема. Заказчиком согласованны окна в металлических переплетах. В соответствии с п.1.5 расчетное требуемое сопротивление теплопередаче для окна равно = 0,44 .

3.2.1. Для установки в административном здании принимаем по прил. 12 конструкцию окна с равным требуемому (или ближайшим большим) со­противлением теплопередаче. Таким является окно из двухкамерного стеклопакета с межстекольным расстоянием 12 мм в алюминиевых переплетах. Приведенное сопротивление выбранного окна = 0,45 .

3.2.2. Коэффициент теплопередачи окна К=1/0,45=2,22 .

3.2.3. Определяем , Па – разность давлений воздуха по обе стороны окна первого этажа о формуле (7.2) [2]:

, (16)

где - высота здания от нижней отметки входа в здание до верха вентиляционной шахты; в нашем случае трехэтажного здания с расстоянием от пола I этажа до пола II этажа - 4,2 м и расстоянием от пола II и III этажей до пола вышележащих этажей – соответственно, 3,25 м и 3,35 м, с высотой вентиляционной шахты 3,5 м и отметкой низа входа (зем­ли): -1 м:

Н=1+4,2+3,25+3,35+3,5=15,3 м;

- удельный вес соответственно наружного и внутреннего воздуха, Н/м³, определяются в зависимости от наружной и внутренней тем­ператур по формуле (7.3) [2]:

; (17)

для внутреннего воздуха ;

для наружного воздуха ;

v-расчетная скорость ветра для холодного периода, как максимальная из средних скоростей по румбам за январь, повторяемость которой не ниже 16%, по п. 1.1 =2,7 м/с.

0,55^.15,3^.(14,2-11,9)+0,03^.14,3^.2,7²=22,5 Па.

3.2.4. Для определения необходимой плотности окна найдем требуе­мое сопротивление воздухопроницанию (формула (7.5) [2]):

, латинска наклонная русская прямая, индекс маленькими (18)

где - нормативная воздухопроницаемость окна в алюминиевых переплетах для жилых и общественных зданий, = 5 кг/(ч^.м²) (прил. 13);

- разность давлений воздуха по обе стороны окна, при которой проводятся исследования воздухопроницаемости окон, =10 Па;

Требуемое сопротивление воздухопроницанию:

=(1/5)·(22,5/10)^2/3=0,343 ,

3.2.5. Необходимо чтобы фактическое сопротивление воздухопроницанию окна было равно или больше требуемого . Поэтому значение сопротивления воздухопроницанию, которое принимается в качестве установочного - фактического, берется несколько большим, чем требуемое. В данном случае принимаем = 0,35 и требуем от заказчика закупки окон, в которых по сертификату сопротивление возду­хопроницанию не меньше принятого =0,35 и используемого в дальнейших расчетах.

3.3. Расчет термического сопротивления пустотной панели выполняем ме­тодом сложения проводимостей. Пустотная панель перекрытий имеет сквозные (по длине) отверстия. В результате этого в панели формируется двумерное температурное поле. Пример расчета термического сопротивления панели чердачного перекрытия и перекрытия над неотапливаемым подвалом приведен ниже. Размеры панели и пустот в ней представлены на рис. 4.

Расчетная схема:

Рис. 4. К расчету пустотной плиты перекрытия. а) разрез по фрагменту плиты; б) расчетная схема плиты с выделенным регулярным элементом

3.3.1. Для простоты расчета принимаем схему сечения плиты с квадратны­ми вместо круглых отверстиями в плите. Сторона эквивалентного по пло­щади квадрата равна:

м

3.3.2.Выделяем регулярный элемент. Делим его плоскостями параллельными тепловому потоку (смотрите на схеме). Получаем два параллельных участка: I и II. Участок I однородный, участок II - неоднородный, сос­тоящий из двух одинаковых по толщине слоев а и в и горизонтальной воз­душной прослойки. Сопротивления теплопередаче этих участков равны:

;

=0,04+

Термическое сопротивление воздушной прослойки , определяем по Приложению 15. с учетом того, что в панели чердачного перекрытия горизонтальная воздушная прослойка с потоком тепла снизу вверх отделена от холодного чердака слоем утеплителя, поэтому в ней воздух находится при положительной температуре. Для прослойки толщиной 0,14 м в этих условиях = 0,15 ; в панели перекрытия над неотапливаемым подвалом, если утеплитель лежит под железобетонной плитой горизонтальная воз­душная прослойка с холодного техподполья сверху вниз отделена от теплого поме­щения слоем утеплителя, поэтому в ней воздух находится при положительной температуре. Для прослойки толщиной 0,14 м в этих условиях = 0,19 .

Для чердачного перекрытия =0,04+0,15=0,19 ;

Для перекрытия над подвалом =0,04+0,19=0,23 .

3.3.3. Сопротивление теплопередаче всего регулярного элемента при раз­бивке его плоскостями, параллельными тепловому потоку:

-для чердачного перекрытия

; (19)

-для перекрытия над подвалом

;

здесь А_I и А_II – площади 1 м подлине I и II участков в регулярном элементе плиты, м².

3.3.4. Делим регулярный элемент плоскостями перпендикулярными теплово­му потоку (смотрите на схеме справа). Получаем три параллельных участ­ка: а, б, в. Участки а и в однородные, участок б - неоднородный, сос­тоящий из горизонтальной воздушной прослойки и слоя железобетона шири­ной I и толщиной б ( =0,14/1,92=0,073 ). Сопротивления теплопередаче этих участков равны:

= 0_,04/1,92 = 0,02 ;

Сопротивление теплопередаче определяем:

-для чердачного перекрытия

-для перекрытия над подвалом

Сопротивление теплопередаче всего регулярного элемента при раз­бивке его плоскостями, перпендикулярными тепловому потоку:

-для чердачного перекрытия ;

-для перекрытия над подвалом .

3.3.5. Термическое сопротивление плиты:

(20)

-для чердачного перекрытия

;

-для перекрытия над подвалом

.

Если величина R_ПАРАЛЛ превышает величину R_ПЕРП более чем на 25% или ограждающая конструкция не является плоской, то приведенное термическое сопротивление R_к ограждающей конструкции следует определять расчетом трехмерного температурного поля или экспертно оценивать коэффициент теплотехнической однородности r для расчета по формуле (3).

Полученные термические сопротивления плит перекрытия использу­ются как известные величины при дальнейшем определении толщины теплоизоляции в чердачном перекрытии и перекрытии над неотапливаемым подвалом (тех­подпольем). Эти расчеты выполняются самостоятельно по примеру, приве­денному в п. 3.1.

3.4. Приведенные сопротивле­ния теплопередаче и коэффициенты теплопередачи наружных ограждений, принятые для проекта