Теплотехнический расчёт ограждающих конструкций углового помещения последнего этажа жилого здания

1. Расчетная зимняя температура наружного воздуха

Требуется определить расчетную зимнюю температуру наружного воздуха для нахождения требуемого сопротивления теплопередаче наружной стены жилого дома в г. Гродно, конструкция которой включает два бетонных слоя, между которыми расположен утеплитель - плита пенополистирольная.

Расчетная температура воздуха , относительная влажность внутреннего воздуха , режим помещения - нормальный, условия эксплуатации ограждающих конструкций - Б.

Тепловую инерцию конструкций наружной стены определим по значению нормативного сопротивления теплопередаче, которое в соответствии с [2, табл. 5.1] составляет  .

Термическое сопротивление конструктивных слоев:

Термическое сопротивление слоя утеплителя:

Тепловая инерция наружной стены:

В соответствии с [2, табл. 5.2] при тепловой инерции ограждающей конструкции в пределах 1,5-4,0 в качестве расчетной зимней температуры наружного воздуха принимается средняя температура наиболее холодных суток обеспеченностью 0,92, которая для г. Гродно составляет .

. Определение сопротивления теплопередачи ограждающих конструкций

В этой части работы определяются термические сопротивления теплопередачи ограждающих конструкций, на основании которых выбираются толщины теплоизоляционных слоев в конструкциях наружных стен и совмещенных покрытий и определяется тепловая инерция ограждения.

а) Наружная стена

Требуется рассчитать сопротивление теплопередаче и толщину слоя утеплителя наружной стены жилого дома при заданных условиях.

В соответствии с [2, п. 5.1] сопротивление теплопередаче наружных ограждающих конструкций  жилых зданий следует принимать не менее нормативного сопротивления теплопередаче  [2, табл. 5.1].

Требуемое сопротивление теплопередаче

где  - коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности по отношению к наружному воздуху;  - расчетный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности;  - коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности.

Следовательно, сопротивление теплопередаче наружной стены должно быть равно нормативному, т.е. .

Толщину слоя утеплителя определим из формулы:

Тепловая инерция наружной стены:

тепловая инерция наружной стены остается равной  уточнять расчетную зимнюю температуру наружного воздуха не требуется.

б) Совмещенное покрытие

Требуется рассчитать сопротивление теплопередаче и толщину слоя утеплителя совмещенного покрытия жилого дома при заданных условиях.

Нормативное сопротивление теплопередаче совмещённого покрытия принимаем равным . Требуемое сопротивление теплопередаче:

где  - коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности по отношению к наружному воздуху;  - расчетный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности;  - коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности;

Следовательно, сопротивление теплопередаче совмещённого покрытия должно быть равно нормативному сопротивлению: .

Конструкция совмещённого покрытия является неоднородной, поскольку в слое железобетона однородность в параллельном и перпендикулярном направлениях движения потока нарушена ребрами. Термическое сопротивление слоя бетона в совмещенном покрытии необходимо определять в соответствии с п. 5.11 ТКП.

Для упрощения расчётов ребра в форме равнобокой трапеции заменим равновеликими по площади квадратами со стороной:

Рис. 4. Преобразование панели

Термическое сопротивление теплопередаче плиты вычислим отдельно для слоёв параллельных и перпендикулярных направлению движения теплового потока.

А. Термическое сопротивление , в направлении параллельном движению теплового потока вычислим для двух характерных сечений A-A и B-B. В сечении A-A слой бетона толщиной  с коэффициентом теплопроводности и его термическим сопротивлением:

Площадь сечения A-A равна:

В сечении B-B слой бетона толщиной  с коэффициентом теплопроводности  и его термическим сопротивлением:

Площадь сечения B-B равна:

Термическое сопротивление  определим по формуле:

Б. Термическое сопротивление , в направлении перпендикулярном движению теплового потока вычислим для характерных сечений C-C, D-D. В сечении С-С теплота проходит через слой бетона  с коэффициентом теплопроводности  и их термическое сопротивление:

Площадь сечения C-C равна:

В сечении D-D теплота проходит через бетонные ребра толщиной  с коэффициентом теплопроводности  и термическим сопротивлением:

Площадь поверхности бетона в сечении D-D:

Термическое сопротивление  должно быть отнесено ко всей поверхности :

Поскольку термическое сопротивление  не превышает величину сопротивления  более чем на 25%, то термическое сопротивление всей бетонной плиты:

Толщину слоя утеплителя в конструкции совмещённого покрытия определим из соотношения:

где - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности; - коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности;  - коэффициент теплопроводности утеплителя; ,  - коэффициент теплопроводности и толщина слоя рубероида, пергамина, толи.

Тепловая инерция совмещенного покрытия:

. Тепловлажностный расчёт наружного ограждения

Необходимо выполнить для многослойной ограждающей конструкции, состоящей из двух слоев железобетона и утеплителя плиты пенополистирольной, тепловлажностный расчет, определить средние значения относительной влажности воздуха для каждого слоя конструкции и провести уточненный расчет сопротивления теплопередаче.

Для проведения такого расчета необходимо знать значения температур, максимальных и действительных упругостей водяного пара влажного воздуха на поверхностях каждого слоя конструкции наружного ограждения.

Значения температур:

Средняя температура в слое утеплителя:

Максимальные значения парциального давления водяного пара при этих температурах:     

Действительное значение парциального давления водяного пара внутреннего влажного воздуха:

Действительное значение парциального давления водяного пара наружного влажного воздуха:

Для нахождения действительных значений парциального давления водяного пара в слоях ограждения найдем

Действительные парциальные давления:

Относительная влажность воздуха:

Средние значение относительной влажности воздуха в слоях конструкции:

первый слой - ,

второй слой - ,

третий слой - ,

Поскольку значение относительной влажности первого и второго слоя конструкции наружной стены меньше 75%, то в соответствии с [2, п. 5.14] необходимо выполнить уточненный расчет сопротивления теплопередаче ограждения, приняв условия эксплуатации А материалов слоев: для железобетона коэффициент теплопроводности , для плит пенополистирольных  Уточненное термическое сопротивление теплопроводности первого слоя станет равным

что на  больше. Следовательно, толщина утеплителя должна быть уменьшена на величину ∆δ=0,000123 м=1 см.

График толщи ограждения

теплопередача паропроницание теплоустойчивость

4. Теплоустойчивость помещения

Теплоустойчивость - это способность помещения сохранять неизменной температуру внутреннего воздуха при колебаниях теплового потока, поступающего в помещение от отопительных приборов.

Необходимо рассчитать теплоустойчивость углового помещения последнего этажа жилого здания с поквартирным водяным отоплением периодического действия.

Характеристики помещения: длина L = 8 м; ширина B = 5 м; высота H = 3 м. Площадь световых проемов 30% от площади наружных стен. Наружные стены - трехслойная конструкция: внутренний слой - из тяжелого бетона толщиной 100 мм, слой утеплителя из пенополистирольных плит толщиной 150 мм и наружный слой тяжелого бетона толщиной 70 мм, сопротивление теплопередачи - 3.2 .

Оконное заполнение - двойное остекление в деревянных раздельных переплетах; сопротивление теплопередаче - 0.6 . Внутренние стены - панели из тяжелого бетона толщиной 120 мм.

Междуэтажное перекрытие - керамзитобетонная плита толщиной 160 мм с покрытием из паркетной доски толщиной 15 мм.

Совмещенное покрытие - ребристая железобетонная плита толщиной 125 мм, слой утеплителя - плиты мягкие, полужесткие и жесткие минераловатные на битумном связующем толщиной 640 мм; слой рубероида толщиной 6 мм. Сопротивление теплопередаче совмещенного покрытия 6.0 .

Площади внутренних поверхностей:

совмещенное покрытие -

пол -

внутренние стены -

световые проемы -

наружные стены -

Теплопотери помещения:

 - добавочная потеря теплоты в долях от основных потерь, т.к. две стены выходят наружу здания (угловое помещение).

Определим коэффициенты теплоусвоения и теплопоглощения внутренних поверхностей ограждающих конструкций.

Совмещённое покрытие

Тепловая инерция первого слоя конструкции:

Поскольку тепловая инерция первого слоя конструкции , то определим тепловую инерцию первого и второго слоев:

Поскольку , то коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности совмещенного покрытия равен:

Коэффициент теплопоглощения внутренней поверхности совмещенного покрытия:

Внутренние стены

Коэффициент теплоусвоения поверхности внутренних стен определится по формуле для однородных конструкций:

Коэффициент теплопоглощения поверхностей внутренних стен:

Наружные стены

Тепловая инерция первого слоя конструкции (приняв условия эксплуатации А для тяжелого бетона  ):

Поскольку тепловая инерция первого слоя конструкции , то определим тепловую инерцию первого и второго слоев:

Коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности наружных стен:

Коэффициент теплопоглощения внутренней поверхности наружных стен:

Заполнение световых проёмов

Коэффициент теплопоглощения:

Междуэтажное перекрытие

Междуэтажное перекрытие - керамзитобетонная плита толщиной 160 мм с покрытием из паркетной доски толщиной 15 мм - несимметричная многослойная конструкция, поэтому необходимо определить положение её условной середины, находящейся в плоскости, для которой показатель тепловой инерции равен половине тепловой инерции всей конструкции.

Тепловая инерция междуэтажного перекрытия:

где , ,  - для паркетной доски;

, ,  - для плиты.

Условная середина междуэтажного перекрытия будет находиться в слое керамзитобетона на расстоянии от потолка нижерасположенного помещения, для которого тепловая инерция равна:

Коэффициент теплоусвоения верхней поверхности керамзитобетонной плиты:

где , , , .

Коэффициент теплоусвоения поверхности пола:

Коэффициент теплопоглощения поверхности пола:

Приняв значение коэффициента неравномерности теплоотдачи системы отопления  [2, табл. 6.1], определим амплитуду колебания температуры внутреннего воздуха помещения по формуле:

Следовательно, помещение удовлетворяет условию теплоустойчивости, т.к. амплитуда колебаний температуры внутреннего воздуха не превышает .

Минимальная температура внутренней поверхности наружной стены:

Минимальная температура внутренней поверхности совмещенного покрытия

Минимальная температура в углу наружных стен

Температура точки росы

Полученные значения минимальных температур внутренних поверхностей наружных ограждений выше температуры точки росы, которая при и  равна   

5. Сопротивление воздухопроницанию заполнения оконного проема

Требуется определить сопротивление воздухопроницанию светового проема помещения жилого дома в г. Гродно.

Расчетные температуры: внутреннего воздуха , наружного воздуха ; максимальная из средних скоростей ветра по румбам в январе ;   - аэродинамические коэффициенты наветренной и подветренной поверхностей ограждения здания;  - коэффициент учета изменения скоростного давления ветра;  - высота здания от поверхности земли до верха карниза.

Удельный вес для наружного и внутреннего воздуха:

Плотность наружного воздуха

Расчетная разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхности окна:

Требуемое сопротивление воздухопроницанию окна определим, приняв нормативную воздухопроницаемость окна [2, табл. 8.1]:

По [1, прил. Д] находим, что указанным условиям удовлетворяет следующее заполнение светового проема: двойное остекление в раздельных переплетах с уплотнением из пенополиуретана.

. Сопротивление паропроницанию наружных стен

Сопротивление паропроницанию ограждающей конструкции в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации , , должно быть не менее требуемого сопротивления паропроницанию , .

В соответствии с [2, п. 9.2] плоскость возможной конденсации в многослойной конструкции совпадает с поверхностью теплоизоляционного слоя, ближайшей к наружной поверхности ограждения.

Температура в плоскости возможной конденсации:

Максимальное парциальное давление водяного пара в плоскости возможной конденсации .

Парциальное давление водяного пара внутреннего воздуха:

Парциальное давление водяного пара наружного воздуха при средней температуре за отопительный период:

Сопротивление паропроницанию в пределах от плоскости возможной конденсации до наружной поверхности

Требуемое сопротивление паропроницанию:

Сопротивление паропроницанию в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации

Данная конструкция не отвечает требованиям по сопротивлению паропроницанию, т.к. , поэтому необходимо предусмотреть пароизоляцию с сопротивлением паропроницанию , т.е.

В качестве слоя пароизоляции по [2, прил. Ж] можно использовать один слой полиэтиленовой пленки (;  или два слоя рубероида (для одного слоя ; , которые необходимо разместить между внутренним слоем и теплоизоляционным слоем.

Литература

1. Гончаров Э.И., УМК Строительная теплофизика / Э.И. Гончаров. - Новополоцк: ПГУ, 2010. - 215 с.

. ТКП 45-2.04-43-2006 (02250). Строительная теплотехника. Строительные нормы проектирования. - Минск: Минскстройархитектура РБ, 2007 - 35с.