Теплотехнический расчет наружных ограждающих конструкций зданий: Методические указания к курсовой работе по строительной теплофизике и дипломному проектированию

Министерство образования Российской Федерации Ульяновский государственный технический университет

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ НАРУЖНЫХ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ

Методические указания к курсовой работе по строительной теплофизике и дипломному проектированию

УЛЬЯНОВСК

УДК 697.431(076) ББК 38.762я7 ТЭТ Рецензент начальник отдела по использованию топлива «Ульяновскгосэнергонадзор» А.В. Горячев Одобрено секцией методических пособий научнометодического совета университета

Теплотехнический расчет наружных ограждающих конструкций Т34 зданий: Методические указания к курсовой работе по строительной теплофизике и дипломному проектированию/ Сост. А.А. Кудинов. Ульяновск: УлГТУ, 2000. 31с. В настоящих методических указаниях изложен материал для определения состава, объема и последовательности выполнения курсовой работы по теплотехническому расчету наружных ограждающих конструкций зданий. Приводятся подробные указания по выполнению расчетов, содержатся основные рекомендации по оформлению расчетно-пояснительной записки и графической части курсовой работы. Составлены в соответствии с программой курса «Строительная теплофизика» для высших учебных заведений по специальности 2907 «Теплогазоснабжение и вентиляция». Работа подготовлена на кафедре ТГВ.

УДК 697.431(076) ББК 38.762я7

© Ульяновский государственный технический университет, 2000

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ................................................................................ 4 1. ЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА НАРУЖНЫХ ОГРАЖДЕНИЙ. ОБЩАЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАСЧЕТА .................. 5 2. РАСЧЕТ ТЕПЛОЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ ОГРАЖДЕНИЙ .... 6 3. РАСЧЕТ ОГРАЖДЕНИЙ НА ТЕПЛОУСТОЙЧИВОСТЬ ...... 14 4. ВЛАЖНОСТНЫЙ РЕЖИМ НАРУЖНЫХ ОГРАЖДЕНИЙ ... 16 5. ВОЗДУШНЫЙ РЕЖИМ НАРУЖНЫХ ОГРАЖДЕНИЙ ....... 18 6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОПОТЕРЬ ЧЕРЕЗ ОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ ПОМЕЩЕНИЙ ........ 21 22 7. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ПОМЕЩЕНИЯ .......... ПРИЛОЖЕНИЯ ......................................................................... 25 1. Планы типовых этажей ..................................................... 25 2. Характеристика слоев наружных ограждений ..................... 28 3. Зависимость динамического давления ветра от высоты ......... 31 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ........................................................... 31

ВВЕДЕНИЕ

Курсовая работа по строительной теплофизике разрабатывается в комплексе с курсовыми проектами по отоплению, вентиляции и кондиционированию воздуха гражданского здания. Выполнение курсовой работы имеет цель закрепить теоретический материал по основным вопросам дисциплин «Строительная теплофизика» и «Отопление», приобрести навыки самостоятельной работы в области проектирования наружных ограждений и систем отопления и опыт работы со справочной и специальной литературой. В задании на курсовую работу указываются: 1. Характеристика здания: а) назначение здания; б) район постройки; в) перечень помещений подвала, его расположение в плане здания; г) число и высота этажей и подвала; д) наличие технического этажа, подполья, его расположение, высота; е) главный фасад ориентировки здания на сторону света. 2. Характеристика ограждающих конструкций: а) наружных стен; б) чердачного перекрытия; в) пола 1-го этажа над техническим подпольем; г) междуэтажных перекрытий; д) кровли; е) внутренних стен; ж) пола в отапливаемом подвале. 3. Климатологические характеристики района постройк и (СНиП 2.01.01-82): а) средняя температура наружного воздуха tн5, tхм, tonсо ответственно наиболее холодной пятидневки, холодного месяца и отопи тельного периода; б) максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь месяц; в) продолжительность отопительного периода Zon, сут./год; г)относительная влажность наружного воздуха для наиболее холодного месяца; д) интенсивность солнечной радиации. Варианты заданий на курсовую работу (планы зданий и характеристики наружных ограждающих конструкций помещений здания) представлены в приложениях 1 и 2. В содержание курсовой работы входят: 1. Расчетно-пояснительная записка (объем 20-30 стр.): а) введение; б) расчет теплозащитных свойств ограждений; в) расчет ограждения на теплоустойчивость; г) влажностный режим наружных ограждений; д) воздушный режим эксплуатации наружного ограждения; е) определение теплопотерь здания; ж) расчет теплового режима помещения; з) выводы. 2. Графическая часть (объем 1-2 листа формата А1): а) графики изменения температуры в поперечном сечении наружной стены в стационарном режиме; б) графики распределения парциального давления водяного пара в поперечном сечении наружной стены в стационарном режиме; в) рабочие чертежи элементов наружных ограждающих конструкций здания.

1. ЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА НАРУЖНЫХ ОГРАЖДЕНИЙ. ОБЩАЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАСЧЕТА Ограждения здания должны обладать требуемыми теплозащитными свойствами и быть в достаточной степени воздухе- и влагонепроницаемыми. В теплотехническом отношении наружные ограждающие конструкции зданий должны удовлетворять следующим требованиям: а) обладать достаточными теплозащитными свойствами, чтобы лучше сохранять тепло в помещении в холодное время и защитить помещение от перегрева летом; б) температура на внутренних поверхностях, воздухопроницаемость и влажность наружных ограждений не должны превосходить допускаемых нормами пределов, чтобы избежать появления конденсата, ощущения дутья, ухудшения теплозащитных свойств и санитарно-гигиенических условий ограждаемого помещения. Проектирование наружных ограждений построено на принципах ограничения количества тепла, теряемого ограждением в отопительный период и поддержания на внутренней поверхности наружного ограждения температуры, при которой на внутренней поверхности не образуется конденсат. Теплотехнический расчет обычно начинают с определения расчетного сопротивления теплопередаче R0 основной части (глади) конструкции ограждения. Необходимым является условие, чтобы полное сопротивление теплопередаче R0 было равно или больше минимально допустимого по санитарно-гигиеническим соображениям (или требуемого) сопротивления теплопе редаче Это условие является необходимым, но недостаточным, так как при определении R0 следует учитывать технико-экономические показатели. Если приведенное сопротивление теплопередаче из условий энергосбережения то расчетное сопротивление следует определять по условию В этом случае R0 больше минимально допустимого

и целесо-

образно в экономическом отношении. Зная R0 глади ограждения, необходимо проверить теплозащитные свойства отдельных элементов ограждающих конструкций (стыков, наружных углов, теплопроводных включений и др.). Необходимым и достаточным условием этого расчета является отсутствие конденсата на внутренней поверхности рассматриваемого элемента конструкции. Для расчета теплопотерь и тепловых условий в помещении часто следует кроме R0 рассчитать и приведенное сопротивление теплопередаче ограждения, которое учитывает двухмерность температурного поля.

После определения R0 и производят расчет температурного поля в ограждении. Особенно большое значение для теплотехнической оценки ограждения имеет температура его внутренней поверхности. определяет возможность образования конденсата, что недопустимо с санитарногигиенической точки зрения. Опасность появления конденсата тем больше, чем больше влажность воздуха внутри помещения. должна быть не ниже точки росы tр . Распределение температуры в ограждении необходимо знать также при расчетах его влажностного режима. Для зданий, проектируемых в южных районах, проверяют теплоустойчивость ограждений в расчетных летних условиях. Теплоустойчивость ограждения для зимнего периода года обеспечивается выполнением условия •

Для заполнений оконных и дверных проемов теплозащитные свойства регламентируются только сопротивлением теплопередаче конструкции, которое должно быть не ниже требуемого. Влагозащитные свойства ограждений должны исключать переувлажнение материалов за счет атмосферной влаги и диффузии водяных паров из воздуха помещения. Допустимая воздухопроницаемость окон, дверей, стыков конструкций, стен и перекрытий здания определяется нормируемыми сопротивлением воздухопроницанию, расходом воздуха, дополнительными затратами тепла или понижением температуры внутренней поверхности конструкции при инфильтрации. Процессы передачи тепла, переноса влаги и фильтрации воздуха взаимосвязаны, и одно явление оказывает влияние на другое. Поэтому определение тепло-, влаго- и воздухозащитных свойств должно проводиться как общий расчет требуемых защитных свойств наружных ограждений здания.

2. РАСЧЕТ ТЕПЛОЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ ОГРАЖДЕНИЙ Теплозащитные свойства наружных ограждений (стен, перекрытий, покрытий) устанавливают следующими расчетами. 1) Определяют требуемое сопротивление теплопередаче наружного ограждения по формуле [1, с. 3; 2, с. 20]

, м2 -К/Вт,

(2-1) где tB — расчетная температура воздуха внутри помещения, принимается по

ГОСТ 12.1.005-88, °С [2, табл. 1.2];

tH — расчетная зимняя температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки с коэффициентом обеспеченности 0,92 , °С [3]; n - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху [1, с. 4; 2, с. 20]; н Δt — нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и внутренней поверхностью ограждающей конструкции, °С [1, табл. 2*]; — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения, Вт/(м2-К) [1,с. 4; 2, с. 9]. 2) Рассчитывают градусо-сутки отопительного периода (ГСОП) [1, с. 3] (2-2) где ton — средняя температура периода со средней суточной температурой наружного воздуха < 8 °С (средняя температура наружного воздуха в отопительный период) ,°С [3]; Z0n — продолжительность отопительного периода, сут./год [3]. 3) Определяют минимальное приведенное сопротивление теплопередаче , м2-К/Вт, ограждающих конструкций здания, исходя из условий энергосбережения [1, табл. 1 а или табл. 16]. В [1, табл. 1а] приведены минимальные значения сопротивлений теплопередаче для зданий высотой более трех этажей, строительство которых производится с 1.06.96 г. (первый этап). В [1, табл. 16] приведены минимальные значения сопротивлений теплопередаче для зданий любой этажности, строительство которых начинается 01.01.2000 г. (второй этап). При этом, для вновь строящихся жилых и общественных зданий высотой до трех этажей, а также реконструируемых и капитально ремонтируемых независимо от этажности, сроки введения в действие требований [1, табл. 16] устанавливаются как для первого этапа. Для внутренних стен, перегородок или перекрытий между помещениями при разности расчетных температур в этих помещениях более 3 С R0, м2К/Вт, этих ограждающих конструкций следует принимать не ниже значений, определяемых по формуле (2.1). 4) Производят сравнение сопротивлений теплопередаче , рассчитанного из условий выполнения санитарно-технических и комфортных условий, и , принятого по условиям энергосбережения. Большее значение сопротивления теплопередаче принимают для выполнения последующих расчетов. 5) Рассчитывают толщину , м, теплоизоляционного слоя в конструкции ограждения, используя выражение

(2.3) Тогда (2.4)

где

, если

, в противном случае

;

— сумма сопротивлений теплопроводности конструктивных слоев ограждения, м2-К/Вт; — толщина /-го конструктивного слоя, м; — коэффициент теплопроводности i-го конструктивного слоя, Вт/(м-К); i = 1,2,..., k; k — количество конструктивных слоев в ограждении; — коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения, Вт/(м2-К) [1,с. 5; 2, с. 9]. 6) Округляют расчетное значение (вычисленное по формуле (2.4)) в большую сторону, принимая фактическое значение толщины слоя изоляции , м, таким образом, чтобы общая толщина панелей наружных стен была кратной 0,05 м, а толщина кирпичной кладки - кратной половине кирпича. 7) Рассчитывают фактическое сопротивление теплопередаче , м2 -К/Вт, ограждения по формуле

(2.5) 8) Для сложного ограждения, в котором имеются элементы, формирующие двухмерные температурные поля (окно, стык, наружный угол и др.), фактические теплопотери оказываются большими, чем рассчитанные в предположении одномерности температурного поля. Для расчета теплопотерь сложного ограждения, в котором возникают двухмерные температурные поля, пользуются приведенным сопротивлением теплопередаче , м -К/Вт [2, с. 14]

(2.6)

где

— площадь глади ограждения по наружному обмеру (без учета площап ди окон), м ; — ширина участка ограждения с двухмерным температурным полем, м; - фактор формы i-го элемента ограждения, формирующего двухмерное температурное поле, м; li — протяженность i-го элемента ограждения, формирующего двухменое температурное поле, м; i — 7,2,...,m; т - количество элементов, формирующих двухмерное

температурное поле. При определении фактора формы стыка перегородки и межэтажного перекрытия с наружной стеной в качестве определяющего размера перегородки (перекрытия) принимается половина ее толщины. Фактор формы стыка пола на грунте с наружной стеной и пола над неотапливаемым подвалом (подпольем) можно принять равным фактору формы наружного угла. Допускается приведенное сопротивление теплопередаче наружны х панельных стен жилых зданий принимать равным (2.7) где r- коэффициент теплотехнической однородности [1, табл. 6а ]. 9) Приведенное сопротивление теплопередаче полов на грунте и стен (подвальных этажей и технических подвалов), расположенных ниже уровня земли следует определять по зонам согласно [8, приложение 8, п. 3; 2, п.8.2.1]. 10) Термическое сопротивление ограждения или его отдельного слоя, в котором материал неоднороден (пустотной ж/б плиты, многослойной каменной стены, облегченной кладки с термоизоляционным слоем и др.) (см. рис. 2.1), определяют по методике, изложенной в [1, п.2.8].

а) Плоскостями, параллельными направлению теплового потока, ограждение или его конструктивный слой условно разрезается на элементы I, II, III, состоящие из одного или нескольких слоев, однородность материала в которых не нарушена. Рассматривая тогда конструкцию, как состоящую из элементов I, II, III различного термического сопротивления, но имеющих одинаковую толщину, равную толщине ограждения (или его конструктивного слоя), определяют ее среднее термическое сопротивление в направлении^ параллельном тепловому потоку. Для конструкции, представленной на рис. 2.1, имеем

(2.8)

где

— площади занимаемые отдельными элементами по поверх ности ограждения, расчетах можно принимать l =1, м2; термические сопротивления отдельных элементов ог-

;в —

раждения по его поверхности, м2 -К/Вт,

Для замкнутых воздушных прослоек принимают по [1, приложение 4]. Полученное по такому расчету термическое сопротивление оказывается всегда большим действительного. б) Плоскостями, перпендикулярными направлению теплового потока, ограждение (или его конструктивный слой) мысленно разрезается на слои 1, 2, 3 (см. рис. 2.1). Одни слои (1, 3) могут состоять из однородного материала, а однородность других слоев (слоя 2) может быть нарушена. Для слоев, в которых однородность материалов нарушена (для слоя 2), средний коэффициент теплопроводности определяют по формуле

(2.9) где

- коэффициенты теплопроводности материалов неоднородного слоя, Вт/(м-К).

Для замкнутых воздушных прослоек Термическое сопротивление в направлении, перпендикулярном тепловому потоку, равно

(2.10) Полученное по такому расчету термическое сопротивление оказывается всегда меньшим действительного. В качестве окончательного результата берется среднее значение между величинами Rn и . Учитывая, что истинное значение лежит ближе к ??? , среднее значение коэффициента термического сопротивления Rср , м -К/Вт, рассчитывают по формуле (2.11) При определении площадей, занимаемых отдельными элементами, нет необходимости брать в расчет всю поверхность ограждения. Необходимо выделить на ней только площадь, последовательно повторяющуюся и вполне выражающую соотношение площадей, занимаемых отдельными элементами. Если в ограждении окажутся неоднородности (пустоты или отверстия) круглой формы, то для расчета их заменяют равновеликими по площадям квадратными или прямоугольными сечениями. 11) Рассчитывают температурные поля в различных элементах наружного ограждения. Одномерное стационарное температурное поле глади наружного ограждения вначале определяют, используя аналитическую зависимость

(2.12) где

- значение температуры в произвольном сечении X ограждения, °С; Rвх: - сопротивление теплопередачи от воздуха помещения до рассматриваемого сечения х, включая и сопротивление тепловосприятия

Например, температура ,°С, на внутренней поверхности глади наружного ограждения рассчитывается по формуле

(2.13) Результаты аналитического расчета по формуле (2.12) оформляют графически в виде кривой распределения температуры по сечению ограждения, вычерченного в масштабе 1:5. Затем производят расчет этого же температурного поля графическим

методом. Для этого на листе по оси абсцисс откладывают последовательно в произвольно выбранном масштабе все термические сопротивления, начиная с и заканчивая Через полученные точки проводят верти кальные линии. На первой вертикали в масштабе температур откладывают значения te, а на последней - значение tH. Полученные (на крайних вертикалях) точки соединяют прямой линией. Точки пересечения наклонной прямой с соответствующими вертикальными линиями обозначают длины отрезков, выражающих величины температур на границах слоев ограждения. Результаты расчетов температурного поля аналитическим и графическим методами должны совпадать. 12) Рассчитывают температуру внутренней поверхности ограждения в наружном углу , °С, по следующей формуле [4, 5] (2.14) Уравнение (2.14) справедливо при условии, что

Здесь

значение принято в м2-К/Вт. 13) При наличии в наружном ограждении теплопроводного включения температуру на внутренней поверхности ограждения в месте теплопроводно го включения , °С, можно рассчитать, пользуясь температурным коэф фициентом (показателем) [4], или по методике, изложенной в [1, п. 2.11] (2.15) где

- коэффициент, зависящий от отношения ширины включения к его толщине [4, с. 180]; — температура, которую имела бы внутренняя поверхность ограждения той же толщины, сделанная целиком из материала теплопроводного включения, °С. 14) Температуры внутренних поверхностей наружного ограждения должны быть выше точки росы tp,°C, в противном случае необходимо предусмотреть специальные мероприятия (устройство утепляющих вставок, прокладка стояка отопления в наружном углу, увеличение общего сопротивления теплопередаче стены и др.), предупреждающие конденсацию водяного пара на внутренней поверхности ограждения. Температуру точки росы tp, °С, можно определить по относительной влажности и температуре tB , °С, воздуха внутри помещения, рассчитав парциальное давление pв, Па, водяного пара в воздухе помещения: (2.16) где

- относительная влажность внутреннего воздуха, % ; РВ

- парциальное давление водяного пара в воздухе помещения при полном насыщении, Па, определяется по [2, приложение 1, табл. 1.1; 5, приложение 4] в зависимости от tB , °C, или по формуле

(2.17) Принимая

находят tp, С,

Приближенное значение tp,°C, можно рассчитать по формуле (2.18) Для жилых и общественных зданий принимают по [1, п. 2.10 ]. 15) Производят подбор заполнений световых проемов (окон, балконных дверей и фонарей). Требуемое сопротивление теплопередаче заполнения све тового проема , м2-К/Вт, определяют по [1, табл. 1а или табл. 16] соот ветственно на первый или второй этап строительства из условий энергосбережения. Определив , м2 -К/Вт, принимают необходимую для заданного района строительства конструкцию остекления, руководствуясь [ 1, приложе ние 6 (справочное)]. Выбирать конструкцию остекления заполнения свето вого проема следует из условия, чтобы фактическое приведенное сопротив ление теплопередаче остекления , м2-К/Вт, было бы не ниже , м2 -К/Вт. То есть должно выполняться условие

. Здесь

,

м2-К/Вт, принимают по [1, приложение 6* (справочное)]. Значение приведенного сопротивления теплопередаче остекления, принятое по [1, приложение 6 (справочное)], должно быть не менее , м -К/Вт, представленного в [1, табл. 9*]. 16) Принимают конструкцию наружных дверей ( в лестничной клетке) и ворот из условия

. Здесь

— приведенное сопротивле

ние теплопередаче двери, м2-К/Вт; — требуемое сопротивление теплопередаче наружной стены, рассчитанное по формуле (2.1), м2 -К/Вт. Конструкции, сопротивления теплопередаче и коэффициенты теплопередачи наружных дверей приведены в [7, табл. 7.4]. Знание сопротивлений теплопередаче ограждающих конструкций здания (стен, перекрытий, покрытий, заполнений световых проемов, наружных дверей и др.) позволяет рассчитывать тепловые потоки (теплопотери) через соответствующие конструкции и температурные поля в них. 17) Рассчитывают коэффициенты теплопередачи K, Вт/(м2-К), наружных ограждений: а) для ограждений, не имеющих элементов, формирующих двухмерные температурные поля ;

(2.19 ) б) для ограждений, имеющих элементы, формирующие двухмерные температурные поля (2.20) Расчет чердачного (или бесчердачного) перекрытия и перекрытия над неотапливаемым подвалом производят также, как и расчет вертикального наружного ограждения. Для чердачных (бесчердачных) перекрытий и перекрытий над неотапливаемым подвалом расчет температурного поля в настоящей работе производить не нужно.

3. РАСЧЕТ ОГРАЖДЕНИЙ НА ТЕПЛОУСТОЙЧИВОСТЬ Теплоустойчивость наружных ограждений должна исключить заметные изменения температуры внутренней поверхности: зимой при разовых понижениях температуры, летом при суточных колебаниях наружной температуры и интенсивности падающей солнечной радиации [2, 4]. При выборе зимней расчетной температуры tH принимается во внимание теплоинерционность ограждения, поэтому расчет одновременно учиты вает теплоустойчивость ограждения при разовом понижении температуры зимой. Кроме того, в нормах предлагается наружных стен помещений с повышенной или высокой обеспеченностью увеличивать на 10 % — для одно слойных и на 20 % - для многослойных панелей. Для наружных ограждаю щих конструкций этой же категории помещений при предлагаетс я увеличить на 30 %. Здесь D0 - показатель (характеристика) тепловой инерции наружного ограждения [1, п. 2.4]. В летних условиях теплоустойчивость ограждений должна обеспечивать колебание температуры на их внутренней поверхности с амплитудой н е более допустимой (требуемой)

, равной [1, с. 8]. (3.1)

где tVII - средняя за июль (самый жаркий месяц) температура наружного

воздуха, °С. Определение необходимо проводить при постоянной температуре помещения в условиях расчетных летних суток при колебаниях условной (учитывающей действие солнечной радиации) температуры наружного воздуха.

(3-2) где

- расчетная амплитуда колебаний условной температуры наружного воздуха, °С [1, с. 9];

- показатель затухания расчетной амплитуды колебаний наружного воздуха в ограждающей конструкции [2, с. 11]. (3.3) где

- максимальная амплитуда суточных колебаний температуры наружного воздуха, °С [3, с. 52-67]; Аэкв- амплитуда колебаний эквивалентной температуры солнечного облучения, °С (3.4)

где - коэффициент поглощения солнечной радиации материалом наружной поверхности [1, приложение 7]; IМАКС И IСР -- максимальное и среднее значения суммарной солнечной радиации (прямой и рассеянной), Вт/м2 [3, с. 131] (1ср в [3] названо «среднее суточное количество»); - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения по летним условиям, Вт/(м2-К) [3, с. 131; 4, с. 22]. (3.5) где

- минимальная из

средних скоростей ветра по румбам за июль, м/с [3, с.89-130] (принимается не менее 1 м/с). IМАКС И IСР принимают: а) для наружных стен, как для вертикальных поверхностей западной ориентации; б) для покрытий, как для горизонтальной поверхности. Максимальная интенсивность наблюдается на западном фасаде во второй половине суток и равна сумме прямой Iпрям и рассеянной 1расс радиации, Вт/м2 IМАКС=Iпрям + IРАСС (3.6)

Показатель V затухания расчетной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха следует определять по формуле [1, п. 3.4 ]

(3.7) где S1, S2,..., Sn - расчетные коэффициенты теплоусвоения материала отдельных слоев ограждения, Вт/(м2-К) [1, с. 15-23]; Y1, Y2 ,...,Yn- коэффициенты теплоусвоения наружной поверхности отдельных слоев ограждения, Вт/(м2-К) [1, с. 9]. Показатель затухания расчетной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха допускается определять по упрощенным формулам [1, с. 12] или принимать по [6, табл. 4].

Проверять теплоустойчивость ограждений для летних условий не требуется, если D0>4 - для стен и D0>5 - для перекрытий или при tVII меньше 20 °С [1,2, 4]. Теплоустойчивость полов определяется показателем теплоусвоения его поверхности Yn, Вт/(м2-К), который должен быть не менее нормативного __ , Вт/(м2 К), определяемого по [1, табл. 11 ]. Показатель теплоусвоения поверхности пола Yn, Вт/(м2-К), следует определять по методике, изложенной в [1, п. 4.2 ]. Для второстепенных помещений и для помещений, имеющих температуру поверхности пола выше 23 °С Yn не нормируется. 4. ВЛАЖНОСТНЫЙ РЕЖИМ НАРУЖНЫХ ОГРАЖДЕНИЙ Анализ влажностного режима наружного ограждения проводят, исходя из стационарного состояния с учетом только диффузии водяного пара через ограждение. При этом значения te и принимают те же, что и для расчетов конденсации на внутренней поверхности ограждения, а Гн - равной средней температуре наиболее холодного месяца J^. Проверку толщины глади ограждения на конденсацию водяного пара в работе необходимо провести двумя методами: а) аналитическим; б) графическим. а) При аналитическом расчете влажностного режима используют формулу

(4-1) где рв и рн - действительные парциальные давления водяного пара во внутреннем и в наружном воздухе соответственно, Па; рх - парциальное давление водяного пара в расчетном сечении X, Па; Rn.в-x. - сопротивление паропроницанию, от воздуха помещения до сечения л:, включая и сопротивление паропереходу Rn.e, м2-ч-Па/кг; RN.O. ~ полное сопротивление паропроницанию ограждения, м2-ч-Па/кг. Расчет выполняют в следующей последовательности. 1) Определяют температурное поле в сечении ограждения при Гн=1хм. 2) Определяют полное сопротивление паропроницанию Rn.0. по формуле

(4-2)

где Rn.e. и Rn.H - сопротивления паропроницанию (паропереходу), м2 -ч-Па/кг, на внутренней и наружной поверхности ограждения соот ветственно, м2-ч-Па/кг. и - толщина, м, и коэффициент паропроницаемости, кг/(м-ч-Па), / -го слоя ограждения; i=1, 2,...,я; П количество слоев в ограждении. 3) По формуле (2.17), [2, приложение 1] или i-d диаграмме находят парциальное давление водяного пара при полном насыщении в воздухе помещения Рв и в наружном воздухе Рн. Рв определяют для температуры te, a Рн - для температуры tн=tхм4) Рассчитывают 5) Находят парциальное давление водяного пара на границах слоев и в произвольном сечении X (при необходимости), используя формулу (4.1). При этом, например, для точки с координатами (4-3) 6) Зная температурное поле в сечении, по [2, приложение 1] или по формуле (4.4)

определяют парциальное давление Р, Па, водяного пара при полном насыщении для характерных сечений ограждения. 7) Строят графики - линии изменения действительного парциального давления водяного пара и парциального давления водяного пара при полном насыщении (максимальной упругости водяного пара) в се чении ограждения, вычерченного в масштабе 1:5. б) При использовании графического метода расчет выполняют в следующей последовательности. 1) Строят линию распределения температуры по сечению ограждения, вычерченного в масштабе 1:5, принимая tн=tхм 2) По формуле (4.4), по [2, приложение 1] или по i-d. диаграмме определяют для конкретной температуры t, °C, соответствующее ей значение максимальной упругости Р, Па. 3) В координатах Rn-p строят график - линию изменения максимальной упругости водяного пара в сечении ограждения. 4) Рассчитывают 5) Строят линию изменения (падения) действительного парциального давления водяного пара в сечении ограждения. Для этого в этом же масштабе давления значения рв и рн откладывают из соответствующих точек оси абс-

цисс (Rn) Полученные точки соединяют прямой, получают линию Результаты расчетов парциальных давлений аналитическим и графическим методами должны совпадать. Если на графиках линии изменения р и Р не пересекаются, то это указывает на отсутствие конденсации водяного пара в ограждении. Так как в этом случае в любой плоскости ограждения действительное парциальное давление р водяного пара оказывается ниже максимальной упругости Р (парциального давления водяного пара при полном насыщении). Если линии изменения р и Р пересекаются, то в ограждении возможна конденсация водяного пара, линия изменения р будет иметь другой вид. В этом случае необходимо определить количество конденсирующегося водяного пара и установить годовой баланс влаги в ограждении [4, 5]. При необходимости предусмотреть пароизоляцию на внутренней поверхности ограждения. Сопротивления паропроницанию строительных конструкций и материалов приведены в [ 1, приложение 11*]. Не требуется определять сопротивление паропроницанию следующих ограждений: а) однородных (однослойных) наружных стен с сухим и нормальным режимом; б) двухслойных наружных стен помещений с сухим и нормальным режимом, если внутренний слой стены имеет м2-чПа/кг. 5. ВОЗДУШНЫЙ РЕЖИМ НАРУЖНЫХ ОГРАЖДЕНИЙ В большинстве случаев по техническим причинам полная герметичность ограждений невозможна. Свойство ограждения или материала пропускать через себя воздух называется воздухопроницаемостью. Если ограждение воздухопроницаемо, то при наличии разности давлений , Па, воздуха с одной и другой сторон ограждения через него будет проникать воздух. Это явление называется фильтрацией. Фильтрацию наружного воздуха в помещение называют инфильтрацией, а внутреннего воздуха из помещения - эксфильтрацией. Интенсивность фильтрации (расход воздуха через ограждение) зависит от воздухопроницаемости ограждения и величины разности давлений может возникнуть в двух случаях: 1) под влиянием разности температур воздуха с одной и другой сторон ограждения (гравитационное давление ); 2) под влиянием ветра при равенстве температур (ветровое давление ). Для наружного ограждения помещения гравитационное и ветровое дав ления и определяют по следующим формулам: (5Л)

где Н - высота здания (от поверхности земли до уровня вытяжной шахты), м; h - высота этажа (от поверхности земли), м; - плотность наружного воздуха при температуре tH, кг/м3; - плотность воздуха внутри помещения при температуре te, кг/м3.

(5-2) где К1 и К2 - аэродинамические коэффициенты соответственно для наветренной и заветренной сторон ограждения здания, K1 = 0,8; К2 = -0,4 , К коэффициент, учитывающий повышение динамического давления ветра по высоте (см. приложение 3 настоящих МУ); - максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь месяц, м/с [3, с. 89-130]; для типовых проектов принимают VH =5 м/с. Значение плотности воздуха при температуре t, °С, можно определить по формуле (5-3) где = 1,293 - плотность воздуха при температуре t0=0 °C. Расчет наружного ограждения на воздухопроницаемость сводится к вычислению расходов Gu наружного воздуха, инфильтрующегося через различные элементы ограждения. Величины расходов Gu используют при определении теплопотерь на инфильтрацию. Расчет проводят в следующей последовательности. 1) Определяют требуемое сопротивление воздухопроницанию R™p, м2 -ч-Па/кг, глади наружного ограждения, перекрытия, покрытия (5-4) где G - нормативная воздухопроницаемость ограждающих конструкций, кг/(м2-ч)[1,с. 11]. 2) Находят полное сопротивление воздухопроницанию Ruo, м -ч-Па/кг, глади наружного ограждения (стены), покрытия, перекрытия н

(5-5) где

Rui - сопротивление воздухопроницанию i-го слоя ограждения, м2-чПа/кг, [2, с. 26]; / =1, 2, ..., П; п - количество слоев в ограждении. 3) Производят сопоставление Ruo и выполняться условие

. Должно

4) Определяют требуемое сопротивление воздухопроницанию заполнения светового проема

, м2 -ч/кг

(5.6) где

- разность давлений воздуха, при которой определяется со противление воздухопроницанию заполнения светового проема. 5) По [2, табл. 5.4] или по [1, приложение 10*] определяют действительное сопротивление воздухопроницанию заполнения светового проема RUOK, м2-ч/кг. 6) Сопоставляют

RUOK

и

, должно выполняться условие

• 7) Определяют удельный массовый расход наружного воздуха через гладь наружного ограждения, покрытие, перекрытие

, кг/(м2-ч)

(5-7) 8) Определяют удельный массовый расход наружного воздуха через заполнение светового проема (окно, балконную дверь и др.)

, кг/(м -ч)

(5.8) 9) Количество наружного воздуха, ,кг/(м2-ч), поступающего в помещение через наружные ворота, двери и открытые проемы рассчитывают по формуле (5-9) где Ru - расчетное сопротивление воздухопроницанию наружных ворот, дверей или открытых проемов, м2-ч-Па°'5/кг. Для наружных дверей и ворот сопротивление воздухопроницанию Ru следует рассчитывать по [2, формула (3.4)], а сопротивление воздухопроницанию открытых проемов и отверстий - по [2, формула (3.5)].

10) Для панельных жилых зданий рассчитывают инфильтрацию воздуха в помещение через стыки стеновых панелей

, кг/ч, по формуле (5.Ю)

где 0,5 - нормативная воздухопроницаемость стыка панели длиной один метр, кг/(м-ч);

l - общая длина стыков панели, м; - разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях стыков стеновых панелей на первом этаже здания, Па. 6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОПОТЕРЬ ЧЕРЕЗ ОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ ПОМЕЩЕНИЙ При определении потерь тепла через ограждающие конструкции помещений здания согласно [8] учитывают: 1) основные и добавочные теплопотери; 2) расход теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха. 1) Основные и добавочные теплопотери через отдельные ограждения конструкций Qогр, Вт, определяют с округлением до 10 Вт по [8, приложение 8] или по [2].

(6-1) где А - расчетная площадь ограждающей конструкции, м2; - приведенное сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, м2-К/Вт (см. раздел 2 настоящих МУ); [2, гл. 1] ; при расчетах теплопотерь tn - температура помещения, °С в условиях конвективного отопления принимают tn= te с учетом повышения по высоте для помещений высотой более 4 м; tH - расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления при расчете потерь теплоты через наружные ограждения или температура воздуха более холодного помещения при расчете потерь теплоты через внутренние ограждения, °С; П - коэффициент учета положения наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху [1, табл. 3*; 2, табл. 5.2] ; — коэффициент, учитывающий добавочные теплопотери в долях от основных потерь теплоты [8, приложение 8, п. 2]. Площади ограждений при расчете теплопотерь помещений определяют (с точностью до 0,1 м2), соблюдая правила обмера ограждений по планам и разрезам здания (с точностью до 0,1 м). Эти правила учитывают сложность теплопередачи на границах ограждений и предусматривают условное увеличение или уменьшение площадей для соответствия фактическим теплопотерям [2, с. 35]. Теплопотери через полы на грунте, на лагах и через подземную часть наружных стен рассчитывают по зонам [2, с. 35]. 2) Расход теплоты Qu, Вт, на нагревание инфильтрующегося воздуха рассчитывают по [8, приложение 9, формула (1); 2, формула (8.9)]

(6.2) где Gu - расход воздуха, инфильтрующегося через ограждающую конструкцию помещения, кг/(м2-ч), (для стыков стеновых панелей кг/ч), (см. раздел 5 настоящих МУ); С - удельная теплоемкость воздуха, равная 1 кДж/(кг-°С); tH - расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления, °С (принимается равной средней температуре наиболее холодной пятидневки с коэффициентом обеспеченности 0,92). F - расчетная площадь воздухопроницаемой ограждающей конструкции, м2 (для стыков стеновых панелей жилых зданий F=0); — коэффициент учета влияния встречного теплового потока в конструкциях, равный 0,7 - для стыков панелей и окон с тройными переплетами; 0,8 - для окон и балконных дверей с раздельными переплетами и 1,0 - для одинарных окон, окон и балконных дверей со спаренными переплетами и открытых проемов. Общие потери теплоты помещением здания определяют, суммируя основные и добавочные теплопотери и теплопотери на нагревание инфильтрующего воздуха через отдельные ограждающие конструкции

(6.3) где i=1, 2, ..., п; n - количество отдельных ограждающих конструкций, шт., которые учитывались при расчете теплопотерь по формуле (6.1); j=1, 2, ..., т; т- количество отдельных воздухопроницаемых ограждающих конструкций, шт.,которые учитывались при расчете теплопотерь на нагревание инфильтрующегося воздуха по формуле (6.2). 7. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ПОМЕЩЕНИЯ При обогреве помещения отопительным прибором теплоотдача последнего должна быть равна теплопотерям помещения QnoM. Количество тепла, отдаваемого отопительным прибором, зависит от его нагревательной поверхности и температуры. Если нагревательная поверхность (площадь) Fn, м , отопительного прибора (панели) задана, то задача расчета состоит в определении ее температуры , °С, которая должна удовлетворять условиям комфортности. 1) Расчет температуры нагревательной поверхности панели. Количество тепла Qn, Вт, отдаваемое отопительным прибором (панелью) в единицу времени, определяется по формуле [4].

(7.1) где и коэффициенты конвективного и лучистого теплообмена по-

-

г\

верхности, Вт/(м -К); - осредненная температура внутренних поверхностей наружных ограждений, °С. Коэффициенты теплообмена определяются по следующим формулам:

(7.2)

где Ф - коэффициент полной облученности с панели на поверхность наружных ограждений; В - температурный коэффициент. Коэффициенты В и Ф находятся из выражений: (7.3)

(7.4) где FHO и Fn - площади наружных ограждений и нагревательной поверхности, м2 (FHO= FHC+ FOK); - коэффициент облученности нагретой поверхности поверхностями наружных ограждений [4, с. 21]. При наличии двух наружных стен (угловое помещение, имеющее две ориентации стен) равен сумме коэффициентов облученности панели каждым из ограждений. Осредненная температура внутренних поверхностей наружных ограждений равна

(7.5)

где FHC и FOK - площади поверхностей наружных стен и окна соответственно, м2 (FHC= FHO-FOK); и - температуры внутренних поверхностей наружной стены и ок на, °С ( рассчитывают по формуле (2.13)). Температуру , °С, поверхности отопительного прибора (панели) нахо

дят из уравнения (7.1) при условии Qn=Qn0M

(7-6) Так как неизвестная величина входит и в левую, и в правую части уравнения (7.6), то расчет проводят методом последовательных приближений: а) ориентировочно задаются температурой нагретой поверхности;

б) рассчитываю В и Ф по формулам (7.3), (7.4); в) находят значения и по формулам (7.2); г) определяют из уравнения (7.6). Если расхождение принятого и вычисленного значений превышает 1 °С, то расчет повторяют. 2) Проверка условий комфортности тепловой обстановки. Полученное значение температуры нагретой поверхности и температурный режим помещения должны удовлетворять условиям комфортности тепловой обстановки в помещении. а) Для проверки первого условия комфортности необходимо определить радиационную температуру (R, °C, помещения относительно человека, стоящего под центром нагретой поверхности (панели) (7-7) (7-8) где и - коэффициенты облученности поверхности человека на по верхности наружных ограждений и панели соответственно [4, с. 13]; - коэффициент облученности поверхности человека на поверхности внутренних ограждений (7-9) где - осредненная температура внутренних (нейтральных) ограждений, принимают В соответствии с первым условием комфортности (7.10) Если полученное по формуле (7.8) значение tR находится в пределах, определенных выражением (7.10), то первое условие комфортности в помещении выполняется. б) Второе условие комфортности ограничивает температуру нагретой поверхности допустимой величиной, определяемой уравнением (7.И)

где

- коэффициент облученности поверхности головы человека на по верхность панели [4, с. 19]. Второе условие комфортности выполняется, если (7.12)

При невыполнении неравенства (7.12) величину следует уменьшить за счет увеличения поверхности панели или размещения нагревательной поверхности в стенах, полу и т.д.

Приложение 3 Значения коэффициента К, учитывающего повышение динамического давления ветра по высоте ,ота над оверхно тью 40 60 100

1, М

Тип местности

10

Вые 20

А

1,0

1,25

1,55

1,75

2,1

2,6

Б

0,65

0,9

1,2

1,45

1,8

2,45

200

300 и более

зд 3,1

Примечание: к типу А относятся открытые местности (степи, лесостепи, пустыни, открытые побережья морей, озер, водохранилищ); к типу Б относятся города с окраинами, лесные массивы и тому подобные местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10м.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. СНиП П-3-79*. Строительная теплотехника / Минстрой России. М.:ГПЦГШ, 1996.29с. 2. Справочник проектировщика: внутренние санитарнотехнические устройства. Ч. 1. Отопление / Под. ред. И.Г. Староверова. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1990. 343 с. 3. СНиП 2.01.01 - 82. Строительная климатология и геофизика / Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1983. 136 с. 4. Богословский В.Н. Строительная теплофизика. М.: Высш. школа, 1982.415с. 5. Фокин К.Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий. М.: Стройиздат, 1973. 287 с. 6. Руководство по теплотехническому расчету и проектированию ограждающих конструкций зданий/ НИИСФ. М.: Стройиздат, 1985. 141 с. 7. Внутренние санитарно-технические устройства: Справочник проектировщика / Под.ред. И.Г.Староверова. Ч. 1. Отопление, водопровод, канализация. М.: Стройиздат, 1976. 240 с.