Лабораторная работа №1
Задание : подобрать толщину утепляющего слоя для чердачного перекрытия из штучных материалов, в жилом здании в г. Стародуб. Конструкция панели: внутренний несущий слой - железобетон, 120 мм, утепляющий слой - гравий керамзитовый плотностью g0=600 кг/м3, стяжка -из цементно-известковый раствора, 40 мм. Максимальная толщина утеплителя - 300 мм.
Определяем требуемое приведенное сопротивление ОК теплопередаче из условий энергосбережения:
По СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика» определяем для г. Стародуб:
В соответствии с главой СНиП «Жилые здания» расчетную температуру внутреннего воздуха принимаем 18 °С, т.к.
По табл. 1, применяя интерполяцию, определяем значение:
для чердачного перекрытия, жилых зданий при ГСОП=4000 °С×сут, м2×°С/Вт, а при ГСОП=6000 °С×сут, м2×°С/Вт. Геометрическая интерпретация линейной интерполяции представлена на рисунке. Значение, соответствующее ГСОП=4121°С×сут, вычисляем:
Определяем требуемое сопротивление теплопередаче из санитарно-гигиенических и комфортных условий:
По табл. 2 коэффициент n, учитывающий положение ОК по отношению к наружному воздуху равен 1.
По табл. 3 нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и внутренней поверхностью ОК покрытий и чердачных перекрытий Dtн=3 °С.
По табл. 4 коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ОК aв=8,7 Вт/м2×°С.
По карте приложения 1 зона влажности - нормальная. Влажностный режим помещений нормальный (в соответствии с главой СНиП «Жилые здания» и табл. 6). По табл. 7 условия эксплуатации ОК - Б.
По приложению 2 принимаем расчетные коэффициенты теплопроводности использованных в конструкции материалов:
железобетон 2500 кг/м3- l1=2,04 Вт/м×°С;
гравий керамзитовый (ГОСТ9759-83) 600 кг/м3 - l2=0,20 Вт/м×°С;
цементно- известковый раствор - l3=0,81 Вт/м×°С.
В основном условии теплотехнического расчета приравниваем правую и левую части, подставляем выражение для Ro и раскрываем его для случая трехслойной ОК:
Выражаем из последнего уравнения толщину утепляющего слоя и вычисляем ее:
Вывод: толщина утепляющего слоя в 0,6967 м нереальна для данной конструкции, так как общая толщина чердачного перекрытия будет составлять при этом 0,12+0,6967+0,04=0,857 м, а вес панели размером 3´3 м будет не менее (0,12´2500+0,697´600+0,04´1600)´3´3=7040 кг (2500 и 1600 кг/м3 - плотности соответственно железобетона и цементно- известкового раствора в сухом состоянии). Таким образом, применение для утепляющего слоя гравия керамзитового плотностью 600 кг/м3 невозможно при заданных условиях эксплуатации.
Определим требуемый коэффициент теплопроводности утепляющего слоя при максимальной толщине 300 мм. Толщина утепляющего слоя при этом может составить d2=0,46-0,12-0,04=0,3 м.
Для этого выразим из общего условия теплотехнического расчета не толщину, а коэффициент теплопроводности утепляющего слоя:
По приложению 2 определяем, что гравия керамзитового, применяемых в производстве двухслойных панелей, близким коэффициентом теплопроводности обладает Вермикулит вспученный (ГОСТ 12865-67) 100 кг/м3 (l=0,08 Вт/м×°С).
Вывод: принимаем следующую конструкцию чердачного перекрытия для эксплуатации в жилом здании г. Стародуб: несущий слой - железобетон, 120 мм, утепляющий слой - гравий керамзитовый плотностью 100 кг/м3, 300 мм, стяжка - цементно-известкового раствор, 40 мм.
Приведенное сопротивление теплопередаче стеновой панели данной конструкции составляет
что больше требуемого сопротивления теплопередаче.
Лабораторная работа №2
Определение возможности образования конденсата на внутренней поверхности ОК
Задание: для ограждающей конструкции, запроектированной в примере 1, проверить возможность образования конденсата на ее внутренней поверхности для двух случаев:
- Конструкция не содержит теплопроводных включений.
- Конструкция имеет железобетонное теплопроводное включение типа IV размерами а=85 мм, с=250 мм.
Исходные данные для расчета:
температура наружного воздуха tн= -31 °С;
температуры по психрометру Августа:
сухого термометра (температура внутреннего воздуха) tв=21 °С;
влажного термометра tвл=19 °С.
Определяем температуру внутренней поверхности ОК для конструкции без теплопроводных включений. Общее приведенное сопротивление ОК теплопередаче уже определено в примере 1: Rо=4,02 м2×°С/Вт. Значения коэффициентов n и aв также совпадают с принятыми в примере 1. По формуле (11) имеем
Определяем температуру внутренней поверхности ОК в районе теплопроводного включения по формуле (12).
Сопротивление ОК теплопередаче вне теплопроводного включения совпадает с общим приведенным сопротивлением ОК теплопередаче Rо:
Сопротивление ОК теплопередаче в районе теплопроводного включения определяем по формуле (4) как для теплотехнически однородного многослойного (трехслойного) ограждения с учетом (5), (6):
М2×°С/Вт.
Для определения коэффициента h вычисляем и. По табл. 9, интерполируя, определяем h=0,39.
По формуле (12) определяем температуру внутренней поверхности ОК в районе теплопроводного включения
Определяем температуру точки росы
По данным психрометра (tсух=tв=21 °С, tвл=19 °С, Dt=tсух-tвл=2 °С) определяем относительную влажность воздуха с помощью табл. 11:
j=81 %.
По температуре внутреннего воздуха tв=21 °С, пользуясь табл. 12, определяем максимальную упругость водяного пара:
Е=18,65 мм. рт. ст.
По формуле (14) определяем действительную упругость водяного пара:
мм. рт. ст.
Пользуясь табл. 12 «в обратном порядке», определяем: при какой температуре данное значение действительной упругости станет максимальным. Как следует из таблицы, значению 15,09 мм. рт. ст. соответствует температура 17,6 °С. Она и является температурой точки росы.
tр=17,6 °С. утеплитель перекрытие конденсат стена
а) Так как температура точки росы ниже температуры внутренней поверхности ОК вне теплопроводного включения (tр=17,6 < tв=19,51 °С), в этих местах образования конденсата при данных температурно-влажностных условиях не ожидается.
б) В то же время в районе теплопроводного включения температура внутренней поверхности ОК ниже температуры точки росы (tв=19,87 > tр=17,6 °С). Таким образом, в районе теплопроводного включения на внутренней поверхности ОК невозможно образование конденсата.
Лабораторная работа №3
Задание : подобрать утеплитель для наружной стены жилого здания в г. Туле. Стена выполнена в виде облегченной (колодцевой) кладки толщиной в 2 кирпича с утепляющим слоем.
Наружный и внутренний слои кладки имеют толщину Ѕ кирпича. Перевязка между наружным и внутренними слоями осуществляется через 6 кирпича (между гранями стенок колодцев). Кирпич глиняный обыкновенный на цементно-песчаном растворе. Ориентировочно принять в качестве утеплителя шлакопемзобетон плотностью 1200 кг/м3. Отделочными слоями пренебречь.
Определяем требуемое приведенное сопротивление ОК теплопередаче, как это показано в примере расчета однородной ОК.
Определяем требуемое приведенное сопротивление ОК теплопередаче из условий энергосбережения:
По СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика» определяем для г.Тула:
В соответствии с главой СНиП «Жилые здания» расчетную температуру внутреннего воздуха принимаем 18 °С.
Вычисляем градусо-сутки отопительного периода:
По табл. 1, применяя интерполяцию, определяем значение: для стен жилых зданий при ГСОП=4000 °С×сут, м2×°С/Вт, а при ГСОП=6000 °С×сут, м2×°С/Вт. Геометрическая интерпретация линейной интерполяции представлена на рисунке. Значение, соответствующее ГСОП=4513°С×сут, вычисляем:
В дальнейший расчет вводим значение, полученное из условия энергосбережения, как максимальное.
Условия эксплуатации ОК (как и в том же примере) Б.
По приложению 2 принимаем расчетные коэффициенты теплопроводности использованных в конструкции материалов:
Кирпич глиняный обыкновенный на цементно-песчаном растворе - lкирп=0,81 Вт/м×°С; шлакопемзобетон плотностью 1200 кг/м3 - lутепл=0,47 Вт/м×°С;
Для расчета принимаем часть конструкции, заключающую в себе стенку «колодца» и по половине «колодца» с каждой стороны. По высоте конструкция однородная, поэтому расчет проводим для участка высотой 1 м.
Плоскостями, параллельными направлению теплового потока, разрезаем конструкцию на 3 теплотехнически однородных участка, из которых 1й и 3й являются многослойными (и одинаковыми в данном случае), а 2й - однослойным.
Определяем термические сопротивления участков: для однослойного участка 2 по формуле (6):
для одинаковых трехслойных участков 1 и 3 по формуле (5)
Определяем термическое сопротивление ОК Rа по формуле (8). Так как расчет ведется для участка конструкции высотой 1 м, площади участков численно равны их длине.
= м 2 ×° С/Вт.
Плоскостями, перпендикулярными направлению теплового потока, разрезаем конструкцию на 3 однослойных участка (условно обозначим их как 4й , 5й и 6й ), из которых 4й и 6й являются теплотехнически однородными (и одинаковыми в данном случае), а 5й - неоднородным.
Вычисляем термические сопротивления каждого участка:
для теплотехнически однородных участков по формуле (6):
для неоднородного участка следует воспользоваться процедурой, примененной в п. 4:
Рассматривая только этот участок, плоскостями, параллельными направлению теплового потока, разрезаем его на три однородных однослойных участка (5-1, 5-2 и 5-3, участки 5-1 и 5-3 одинаковы).
Определяем термическое сопротивление каждого участка по формуле (6):
Определяем термическое сопротивление 5-го участка по формуле (8):
Определяем термическое сопротивление ОК Rб как сумму сопротивлений отдельных участков:
Оценим применимость данной методики в нашем случае.
что менее допустимых 25 %. Кроме того, конструкция стены плоская. Таким образом, расчетная методика применима в данном случае.
Вычисляем приведенное термическое сопротивление ОК по формуле (9):
Вычисляем общее сопротивление ОК теплопередаче по формуле (7):
Вывод : применение в данной конструкции в качестве утеплителя керамзитового гравия плотностью 800 кг/м3 не обеспечивает достаточное для жилого здания в г. Москве сопротивление теплопередаче:
Требуется применить более эффективные в теплотехническом отношении материалы, или увеличить толщину кладки, или увеличить расстояние между стенками «колодцев».
Литература
- СНиП II-3-79**. Строительная теплотехника / Госстрой СССР. - ЦИТП Госстроя СССР, 1986. - 32 с.
- СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика / Госстрой СССР. - М.: Стройиздат, 1983. - 136 с.
СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ И ПРАВИЛА
Строительная теплотехника engineering heat technology Дата введения - 01.03.2003 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
1. РАЗРАБОТАНЫ: НИИСФ Госстроя СССР с участием НИИЭС и ЦНИИпромзданий Госстроя СССР, ЦНИИЭП жилища Госгражданстроя, ЦНИИЭПсельстроя СССР, МИСИ им. В. В. Куйбышева Минвуза СССР, ВЦНИИОТ ВЦСПС, НИИ общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина Академии медицинских наук СССР, НИИ Мосстроя и МНИИТЭП Мосгорисполкома.
2. ПОДГОТОВЛЕНЫ: Проектной академией “KAZGOR” в связи с переработкой государственных нормативов в области архитектуры, градостроительства и строительства и переводом на государственный язык.
3. ПРЕДСТАВЛЕНЫ: Управлением технического нормирования и новых технологийв строительстве Комитета по делам строительства Министерства индустрии и торговли Республики Казахстан (МИиТ РК).
5. Настоящие СНиП РКпредставляют собой аутентичный текст СНиП ІІ-3-79* «Строительная теплотехника» на русском языке, продленного действия на территории РК с 1.01.1992 г. письмом Госархстроя РК от 6.01.1992 г. № АК-6-20-19 и рекомендуемого к применению со * письмом Минстроя РК от 03.03.97 г. № АК-12-1-9-318 и перевод на государственный язык.
6. ВЗАМЕН: СНиП ІІ-3-79*.
1. Общие положения
2. Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций
3. Теплоустойчивость ограждающих конструкций
4. Теплоусвоение поверхности полов
5. Сопротивление воздухопроницанию ограждающих конструкций
6. Сопротивление паропроницанию ограждающих конструкций
Приложение 1*. Зоны влажности территории Казахстана и СНГ
Приложение 2. Условия эксплуатации ограждающих конструкций в зависимости
от влажностного режима помещений и зон влажности
Приложение 3*. Теплотехнические показатели строительных материалов и конструкций
Приложение 4. Техническое сопротивление замкнутых воздушных прослоек
Приложение 5*. Схемы теплопроводных включений в ограждающих конструкциях
Приложение 6*. Справочное. Приведенное сопротивление теплопередаче окон,
балконных дверей и фонарей
Приложение 7. Коэффициенты поглощения солнечной радиации материалом наружной
Поверхности ограждающей конструкции
Приложение 8. Коэффициенты теплопропускания солнцезащитных устройств
Приложение 9*. Сопротивление воздухопроницанию материалов и конструкций
Приложение10*. Исключено
Приложение 11*. Сопротивление паропроницанию листовых материалов
и тонких слоев пароизоляции
Приложение 12*. Исключено
Приложение 13*. Справочное. Коэффициент теплотехнической однородности r
панельных стен
1. Общие положения
1.1. Настоящие нормы строительной теплотехники должны соблюдаться при проектировании ограждающих конструкций (наружных и внутренних стен, перегородок, покрытий, чердачных и междуэтажных перекрытий, полов, заполнений проемов: окон, фонарей, дверей, ворот) новых и реконструируемых зданий и сооружений различного назначения (жилых, общественных 1 , производственных и вспомогательных промышленных предприятий, сельскохозяйственных и складских 2) с нормируемыми температурой или температурой и относительной влажностью внутреннего воздуха.
1.2. В целях сокращения потерь тепла в зимний период и поступлений тепла в летний период при проектировании зданий и сооружений следует предусматривать:
а) объемно–планировочные решения с учетом обеспечения наименьшей площади ограждающих конструкций;
б) солнцезащиту световых проемов в соответствии с нормативной величиной коэффициента теплопропускания солнцезащитных устройств;
в) площадь световых проемов в соответствии с нормированным значением коэффициента естественной освещенности;
г) рациональное применение эффективных теплоизоляционных материалов;
д) уплотнение притворов и фальцев в заполнениях проемов и сопряжений элементов (швов) в наружных стенах и покрытиях.
1.3. Влажностный режим помещений зданий и сооружений в зимний период в зависимости от относительной влажности и температуры внутреннего воздуха следует устанавливать по табл. 1.
Таблица 1
1 Номенклатура общественных зданий в настоящей главе СНиП принята в соответствии сприл. 1* к СНиП РК 3.02-02-2001.
2 Далее в тексте для краткости здания и сооружения: складские, сельскохозяйственные и производственные промышленных предприятий, когда нормы относятся ко всем этим зданиям и сооружениям, объединяются термином «производственные».
Зоны влажности территории Казахстана и СНГ следует принимать по прил. 1*.
Условия эксплуатации ограждающих конструкций в зависимости от влажностного режима помещений и зон влажности района строительства следует устанавливать по прил. 2.
1.4. Гидроизоляцию стен от увлажнения грунтовой влагой следует предусматривать (с учетом материала и конструкции стен):
горизонтальную - в стенах (наружных, внутренних и перегородках) выше отмостки здания или сооружения, а также ниже уровня пола цокольного или подвального этажа;
вертикальную - подземной части стен с учетом гидрогеологических условий и назначения помещений.
1.5*. При проектировании зданий и сооружений следует предусматривать защиту внутренней и наружной поверхностей стен от воздействия влаги (производственной и бытовой) и атмосферных осадков (устройством облицовки или штукатурки, окраской водоустойчивыми составами и др.) с учетом материала стен, условий их эксплуатации и требований нормативных документов по проектированию отдельных видов зданий, сооружений и строительных конструкций.
В многослойных наружных стенах производственных зданий с влажным или мокрым режимом помещений допускается предусматривать устройство вентилируемых воздушных прослоек, а при непосредственном периодическом увлажнении стен помещений - устройство вентилируемой прослойки с защитой внутренней поверхности от воздействия влаги.
1.6. В наружных стенах зданий и сооружений с сухим или нормальным режимом помещений допускается предусматривать невентилируемые (замкнутые) воздушные прослойки и каналы высотой не более высоты этажа и не более 6 м.
1.7. Полы на грунте в помещениях с нормируемой температурой внутреннего воздуха, расположенные выше отмостки здания или ниже ее не более чем на 0,5 м, должны быть утеплены в зоне примыкания пола к наружным стенам шириной 0,8 м путем укладки по грунту слоя неорганического влагостойкого утеплителя толщиной, определяемой из условия обеспечения термического сопротивления этого слоя утеплителя не менее термического сопротивления наружной стены.
В Строительная теплотехника используются данные смежных научных областей (теории тепло- и массообмена, физической химии, термодинамики необратимых процессов и др.), методы моделирования и теории подобия (в частности, для инженерных расчётов переноса тепла и вещества), обеспечивающие достижение практического эффекта при разнообразных внешних условиях и различных соотношениях поверхностей и объёмов в зданиях. Большое значение в Строительная теплотехника имеют натурные и лабораторные исследования полей температуры и влажности в ограждающих конструкциях зданий, а также определение теплофизических характеристик строительных материалов и конструкций.
Методы и выводы Строительная теплотехника используются при проектировании ограждающих конструкций, которые предназначены для создания необходимых температурно-влажностных и санитарно-гигиенических условий (с учётом действия систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха) в жилых, общественных и производственных зданиях. Значение Строительная теплотехника особенно возросло в связи с индустриализацией строительства , значительных увеличением масштабов применения (в разнообразных климатических условиях) облегчённых конструкций и новых строительных материалов .
Задача обеспечения необходимых теплотехнических качеств наружных ограждающих конструкций решается приданием им требуемых теплоустойчивости и сопротивления теплопередаче. Допустимая проницаемость конструкций ограничивается заданным сопротивлением воздухопроницанию. Нормальное влажностное состояние конструкций достигается уменьшением начального влагосодержания материала и устройством влагоизоляции , а в слоистых конструкциях, кроме того, - целесообразным расположением конструктивных слоев, выполненных из материалов с различными свойствами.
Сопротивление теплопередаче должно быть достаточно высоким, с тем чтобы в наиболее холодный период года обеспечивать гигиенически допустимые температурные условия на поверхности конструкции, обращенной в помещение. Теплоустойчивость конструкций оценивается их способностью сохранять относительное постоянство температуры в помещениях при периодических колебаниях температуры воздушной среды, граничащей с конструкциями, и потока проходящего через них тепла. Степень теплоустойчивости конструкции в целом в значительной мере определяется физическими свойствами материала, из которого выполнен внешний слой конструкции, воспринимающий резкие колебания температуры. При расчёте теплоустойчивости применяются методы Строительная теплотехника , основанные на решении дифференциальных уравнений для периодически изменяющихся условий теплообмена. Нарушение одномерности передачи тепла внутри ограждающих конструкций в местах теплопроводных включений, в стыках панелей и углах стен вызывает нежелательное понижение температуры на поверхностях конструкций, обращенных в помещение, что требует соответствующего повышения их теплозащитных свойств. Методы расчёта в этих случаях связаны с численным решением дифференциального уравнения двумерного температурного поля (Лапласа уравнения ).
Распределение температур в ограждающих конструкциях зданий изменяется и при проникновении внутрь конструкций холодного воздуха. Фильтрация воздуха происходит в основном через окна, стыки конструкций и др. неплотности, но в некоторой степени и сквозь толщу самих ограждений. Разработаны соответствующие методы расчёта изменений температурного поля при установившейся фильтрации воздуха. Сопротивление воздухопроницанию у всех элементов ограждений должно быть больше нормативных величин, установленных Строительными нормами и правилами .
При изучении влажностного состояния ограждающих конструкций в Строительная теплотехника рассматриваются процессы переноса влаги, происходящие под влиянием разности потенциалов переноса. Перенос влаги в пределах гигроскопической влажности материалов происходит в основном вследствие диффузии в парообразной фазе и в адсорбированном состоянии; за потенциал переноса в этом случае принимается парциальное давление водяного пара в воздухе, заполняющем поры материала. В СССР получил распространение графоаналитический метод расчёта вероятности и количества конденсирующейся внутри конструкций влаги при диффузии водяного пара в установившихся условиях. Более точное решение для нестационарных условий может быть получено решением дифференциальных уравнений переноса влаги, в частности с помощью различных устройств вычислительной техники, в том числе использующих методы физической аналогии (гидравлические интеграторы).
Лит.: Лыков А. В., Теоретические основы строительной теплофизики, Минск, 1961; Богословский В. Н., Строительная теплофизика, М., 1970; Фокин К. Ф., Строительная теплотехника ограждающих частей зданий, 4 изд., М., 1973; Ильинский В. М., Строительная теплофизика, М., 1974.
В. М. Ильинский.
Статья про слово "Строительная теплотехника " в Большой Советской Энциклопедии была прочитана 2797 раз
