Розрахунок опору теплопередачі огороджувальних конструкцій

Розрахунком визначають товщину огороджувальної конструкції (для нового будівництва) або шару додаткового утеплення (в умовах реконструкції будівлі) при заданому пункті будівництва (реконструкції), характеристиці матеріалів шарів і призначенні огородження.

У розрахунку визначаються і порівнюються:

- опір (приведений опір) теплопередачі огороджувальної конструкції R_о;

- потрібний (із санітарно-гігієнічних чи зоогігієнічних умов) опір теплопередачі R ;

- економічно доцільний опір теплопередачі R .

При цьому R_о повинно дорівнювати R і бути не менше за R , тобто

R_о = R ³ R_о^потр.

Для житлових та громадських будівель R_о повинно бути не менше за нормовані значення R , установлені наказом № 247 від 27.12.1993р. колишнього Мінбудархітектури України.

Для тваринницьких будівель як економічно доцільні значення R_о допускається приймати величини, наведені у відповідних нормах технологічного проектування [8,9,10].

Приклад 1.1. Перевірити, чи задовольняє нормативним вимогам щодо опору теплопередачі конструкція зовнішньої стіни колодязної кладки (рис.1.1) у житловому будинку для умов Полтавської області.

Вихідні дані

Цегляна кладка з повнотілої цегли на цементно-піщаному розчині g=1800 кг/м³. Утеплювач - пінополістирол g=40 кг/м³.

Порядок розрахунку

1. За картосхемою (рис. 1.2 [11]) визначаємо, що Полтавська область знаходиться в І температурній зоні України.

2. За табл. 2.3 [11] знаходимо, що норматив опору теплопередачі для цегляної стіни з утеплювачем житлового будинку в І зоні становить 2,2 м²´⁰С/Вт.

3. Вологісний режим приміщення нормальний (t_в=18 ⁰С, j_в=50%) (табл.1 [1]). Умови експлуатації огороджувальних конструкцій з урахуванням вологісного режиму приміщення і зони вологості - "А"(дод. 1.2 [1]).

4. Коефіцієнти теплопровідності матеріалів: цегляної кладки l_ц=0,7 Вт/(м´⁰С); пінополістиролу l_ут=0,041 Вт/(м´⁰С) (дод. 3*[1]).

5. Оскільки конструкція огородження неоднорідна, то обчислюємо приведений термічний опір стіни:

а) при умовному розрізуванні стіни площинами, які паралельні напрямку теплового потоку, R_а, м²´⁰С/Вт, визначаємо за формулою (6) [1]:

,

де F₁=1,05´0,6=0,63 м² - площа поверхні ділянки стіни, в межах якої розміщений утеплювач; F₂=0,06´0,6´2+0,07´1,17´2=0,236 м² - площа поверхні стіни, в межах якої знаходяться вертикальні ребра та горизонтальні діафрагми з цегли; R₁ - термічний опір ділянки стіни площею F₁, м²´⁰С/Вт, який визначають за формулою (5) [1]:

;

R₂ - термічний опір ділянки стіни площею F₂, м²´⁰С/Вт, за формулою (3) [1]:

;

б) при умовному розрізуванні стіни площинами, які перпендикулярні напрямку теплового потоку, термічний опір однорідних шарів із цегли за формулою (3) [1], м²´⁰С/Вт:

; .

Термічний опір теплопередачі шару , м²´⁰С/Вт, у межах товщини утеплювача знаходимо за формулою (6) [1]:

,

де - термічний опір шару утеплювача, м²´⁰С/Вт, який знаходимо за формулою (3) [1]:

;

- термічний опір цегляного ребра, м²´⁰С/Вт:

Термічний опір R_б, м²´⁰С/Вт, визначаємо за формулою (5) [1]:

Приведений термічний опір цегляної стіни колодязної кладки , м²´⁰С/Вт, знаходимо за формулою (7) [1]:

6. Приведений опір теплопередачі цегляної стіни R_о, м²´⁰С/Вт, знаходимо за формулою (4) [1]:

.

Оскільки приведений опір теплопередачі стіни R_о=1,53<2,2 м²´⁰С/Вт - нормативного опору теплопередачі, конструкція стіни не відповідає вимогам щодо теплозахисту.

7. Для підвищення теплотехнічної однорідності стіни і збільшення приведеного термічного опору замінимо горизонтальні діафрагми з двох рядів кладки на армовані сітками діафрагми з цементного розчину товщиною 15 мм, які розміщені по висоті через 600 мм.

8. Обчислюємо приведений термічний опір для зміненої кладки:

а) при умовному розрізуванні стіни площинами, які паралельні напрямку теплового потоку:

,

де F₂=0,06´0,6´2=0,072 м²; F₁, R₁, R₂ ті самі, що і в попередньому випадку;

б) при умовному розрізуванні стіни площинами, які перпендикулярні напрямку теплового потоку:

де .

Приведений термічний опір :

9. Приведений опір теплопередачі R_о, м²´⁰С/Вт, цегляної стіни з армованими діафрагмами знаходимо за формулою:

.

Оскільки приведений опір теплопередачі стіни R_о=2,27>2,2 м²´⁰С/Вт - нормативного опору теплопередачі, конструкція стіни колодязної кладки з армованими діафрагмами відповідає вимогам щодо теплозахисту.

Приклад 1.2. Перевірити, чи задовольняє нормативним вимогам щодо опору теплопередачі конструкція зовнішньої стіни з тришарових залізобетонних панелей у будинку продовольчого магазину в Херсонській області.

Вихідні дані

Панель складається з таких шарів: дві залізобетонні плити щільністю 2500 кг/м³, товщиною 80 та 60 мм з ребрами із керамзитобетону на кварцевому піску з поризацією щільністю 800 кг/м³ перерізом 40´160 мм і з утеплювачем із напівжорстких мінераловатних плит на крохмальному в'яжучому щільністю
200 кг/м³ і товщиною 160 мм (рис.1.2).

Порядок розрахунку

1. За картосхемою (рис. 1.2 [11]) визначаємо, що Херсонська область знаходиться в IIІ температурній зоні України.

2. Розрахункові параметри внутрішнього повітря: t_в=12⁰С, j_в=60% (згідно з ДБН В.2.2-9-99. Громадські будинки і споруди) вологісний режим приміщення нормальний (табл. 1 [1]). Умови експлуатації огороджувальних конструкцій з урахуванням вологісного режиму приміщення і зони вологості - "А" (дод. 1,2 [1]).

3. За табл. 2.3 [11] знаходимо, що норматив опору теплопередачі для панельної стіни з мінераловатним утеплювачем в IIІ зоні для розрахункової температури внутрішнього повітря t_в=18 ⁰С дорівнює 1,9 м²´⁰С/Вт. Оскільки t_в=12 ⁰С, то табличне значення величини R зменшується в розмірі 5% на кожний градус різниці (табл. 2.3, прим. 2 [11]):

R = 1,9-6´0,05´1,9 = 1,33 м²´⁰С/Вт

4. Коефіцієнти теплопровідності матеріалів панелі: залізобетону l₁=1,92Вт/(м×⁰С); керамзитобетону на кварцевому піску з поризацією l₂=0,29Вт/(м×⁰С); мінераловатних плит l₃=0,076Вт/(м×⁰С).

5. Визначимо опір теплопередачі панельної стіни без урахування теплопровідних включень за формулою (4)[1], м²´⁰С/Вт:

.

6. Коефіцієнт теплотехнічної однорідності підрахуємо за формулою
(1) дод. 13* [1]

r = r₁ ´ r₂,

де r₁ - коефіцієнт, що враховує відносну площу ребер у конструкції і визначається за табл. 1 дод. 13* [1];

r₂ - коефіцієнт, що враховує щільність матеріалу ребер конструкції - за
табл. 2 дод. 13* [1].

При F₁/F₂ = 0,704/6,781 = 0,104,

де F₁ - площа ребер у конструкції, м²;

F₂ - площа конструкції (без урахування площі віконного прорізу), м².

F₂ = 2,96´2,98-1,36´1,5 = 6,781;

F₁ = 6,781-(2,88´2,9-1,44´1,58) = 0,704;

r₁ = 0,71 (дод. 3 [3], де табл. 1 з дод. 13* [1] подана докладніше);

r₂ = 1,0 (табл. 2, дод. 13* [1]);

r = 0,71´1,0 = 0,71.

7. Приведений опір теплопередачі огороджувальної конструкції R_o знаходимо за формулою (11) [1], м²´^оС/Вт:

R_o = R_o^ум´r = 2,336´0,71 = 1,66.

Оскільки приведений опір теплопередачі R_o=1,66 > 1,33 м²´^оС/Вт - нормативного опору теплопередачі, конструкція зовнішньої стіни з тришарових залізобетонних панелей товщиною 300 мм відповідає вимогам щодо теплозахисту.

Приклад 1.3. Визначити товщину шару додаткового утеплення житлового будинку, який реконструюється, в Київській області.

Вихідні дані

Стіна з одношарових керамзитобетонних панелей товщиною 350 мм, щільністю керамзитобетону g=1300 кг/м³; за даними натурних вимірювань при t_в=18 ⁰С, t_з=-20 ⁰С, t_в=11,8 ⁰С, режим теплопередачі усталений.

Порядок розрахунку

Підрахуємо за формулою (4.2) [11] фактичний (приведений) опір теплопередачі панельної стіни при a_в= 8,7 Вт/(м²´⁰С):

м²´⁰С/Вт.

Нормативне значення опору теплопередачі для Київської області (І температурна зона) для панельних стін із мінераловатним утеплювачем дорівнює 2,2 м²´⁰С/Вт (див. табл. 2.3 і картосхему на рис. 1.2 [11]).

Знаходимо термічний опір шару додаткового утеплення:

м²´⁰С/Вт.

Ураховуючи, що DR = Dd/l, при утепленні внутрішньої сторони панелі цементно-перлітовою штукатуркою (g = 350 кг/м³, l = 0,14 Вт/(м´⁰С) згідно з дод. 3* [1]) необхідна товщина шару додаткового утеплення

Dd = DR´l = 1,5´0,14 = 0,21 м.

Такий варіант неприйнятний, оскільки товщина внутрішньої теплоізоляції надмірно велика, що суттєво зменшує розміри приміщень, і нанесення шару штукатурки такої товщини практично неможливе.

При утепленні зовнішньої сторони панелі мінераловатними плитами, які захищені шаром штукатурки (g = 50 кг/м³, l = 0,06 Вт/(м´⁰С) згідно з дод. 3* [1]), потрібне додаткове утеплення товщиною:

Dd = 1,5´0,06 =0,09 м.

При утепленні зовнішньої сторони панелі плитами з пінополістиролу, які захищені шаром штукатурки (g = 100 кг/м³, l = 0,052 Вт/(м´⁰С) згідно з дод. 3* [1]), потрібне додаткове утеплення товщиною:

Dd = 1,5´0,052 =0,078 м.

Приклад 1.4. Визначити товщину тришарової панельної стіни корівника з прив'язним утриманням 200 корів для умов Закарпатської області.

Вихідні дані

1. Огороджувальна конструкція - тришарова стінова панель на гнучких зв'язках із двома залізобетонними шарами d₁= 100 мм і d₃= 50 мм, g₁= g₃= =2500 кг/м³, середній шар d₂ з напівжорстких мінераловатних плит густиною g₂= 125 кг/м³, згідно з серією 1.832.1-8 уніфікована товщина d₂ встановлена 50, 75 і 100 мм (дод.6, п.3).

2. Розрахункові температура і відносна вологість внутрішнього повітря
t_в=10 ⁰С, j_в=75% (дод. 1 [11]).

3. Вологісний режим приміщення - нормальний (табл. 1 [1]). Умови експлуатації огороджувальних конструкцій з урахуванням вологісного режиму приміщень і зони вологості - "Б" (дод. 1, 2 [1]).

4. Питоме заповнення тваринами стійлового приміщення розмірами 66´21 м при масі однієї корови 450 кг (за нормами технологічного проектування [8]) становить:

кг/м².

5. Значення теплотехнічних показників і коефіцієнтів у розрахункових формулах такі:

t_з= -22 ⁰С (середня температура найхолоднішої доби із забезпеченістю 0,92 згідно з [2]; n= 1, табл. 3* [1]; Dt^н= t_в-t_р= 10-5,77= 4,22 ⁰С (t_р=5,77 ⁰С, дод. 5 [11]); a_в= 8,7 Вт/(м²´⁰С) (при питомому заповненні приміщення тваринами менше 80 кг живої маси на 1 м² підлоги); a_з= 23 Вт/(м²´⁰С) (табл. 6, п. 1 [1]); гранична температура зовнішнього повітря t_з^г= -5 ⁰С (дод. 1 [11]); для умов Закарпатської області при t_з^г= -5 ⁰С знаходимо z_о.п.=51 доба і t_о.п.= -10,1 ⁰С ([2], за інтерполяцією); l₁= l₃= 2,04 Вт/(м´⁰С); s₁= s₃=18,95 Вт/(м²´⁰С); l₂=0,064 Вт/(м´⁰С), s₂=0,78 Вт/(м²´⁰С) (дод. 3* [1]).

Порядок розрахунку

1. Потрібний опір теплопередачі стіни R_о^потр, м²´⁰С/Вт, визначаємо за формулою (1) [1]:

.

2. Для першого варіанта опору теплопередачі огороджувальної конструкції R₀ приймаємо рівним R_о^потр´k_ек. Значення підвищуючого коефіцієнта k_ек=1,3 (для тришарових конструкцій з ефективним утеплювачем згідно з [11], стор. 41), тому R_о^потр´k_ек= 0,872´1,3= 1,133 м²´⁰С/Вт.

Визначимо товщину мінераловатного утеплювача за формулою (2.16) [11]:

Для техніко-економічного розрахунку і визначення приведених витрат стінові панелі приймаємо з товщиною утеплювача d₂= 50, 75 і 100 мм.

3. Підрахуємо опір теплопередачі стінової панелі R_о, м²´⁰С/Вт, при товщині утеплювача 50 мм за формулою (2.4) [11]:

Аналогічно визначаємо опір теплопередачі стінових панелей з утеплювачем товщиною 75 і 100 мм (результати розрахунку наведені в табл. 1.1).

Таблиця 1.1.

Теплотехнічні та вартісні показники
стінових панелей різної товщини

d, мм	d2, мм	Rо, м^2´^0С/Вт	Ц, грн/ м^2	Сд, грн/ м^2	П, грн/ м^2
		1,014	14,22	23,92	57,14
		1,404	15,02	25,26	49,25
		1,794	15,82	26,61	45,39

4. Для підрахунку приведених витрат визначаємо вартість теплової енергії В_т та одночасні витрати С_д.

Вартість теплової енергії приймемо В_т=29,08 грн/ГДж (за даними ''Теплокомуненерго).

Одночасні витрати на огороджувальну конструкцію С_д, грн/ м², знаходимо за формулою (17а) [1]:

С_д=1,25[(Ц+Т) ´1,02+В_м],

де Ц - оптова ціна огороджувальної конструкції, грн/м² (за ДБН ІV-49.ЗЕКЦ-97 при товщині утеплювача 50 мм Ц=14,22 грн/м² за інтерполяцією); Т - вартість транспортування огороджувальної конструкції, грн/м², у навчальних розрахунках допускається приймати 2,5 % від оптової ціни Ц; В_м - вартість монтажу огороджувальної конструкції, грн/м², у навчальних розрахунках допускається приймати 20-30 % від оптової ціни Ц.

Тоді для панелі товщиною 200 мм при товщині утеплювача d₂= 50 мм:

С_д=1,25[(14,22+0,025´14,22)´1,02+0,30´14,22]= 23,92 грн/м².

Аналогічно визначають одночасні витрати для стінових панелей товщиною
225 і 250 мм.

5. Приведені витрати П, грн/м², при товщині утеплювача 50 мм знаходимо за формулою (17) [1]:

Аналогічно визначають приведені витрати П для стінових панелей з утеплювачем 75 і 100 мм і значення заносять у табл. 1.

6. За результатами економічного розрахунку приймаємо стінову панель товщиною 250 мм з утеплювачем товщиною 100 мм, яка має найменші приведені витрати і задовольняє зоогігієнічним вимогам щодо забезпечення нормованого температурного перепаду на внутрішній поверхні, оскільки виконується умова

R_о= R_о^ек ³ R_о^потр (СНиП ІІ-3-79**);

R_о= 1,794 ³R_о^потр = 0,872 м²´⁰С/Вт.

7.Перевіримо теплову інерцію огороджувальної конструкції за
формулою (2) [1]:

Конструкція малої інерційності, отже розрахункова температура зовнішнього повітря t_з= -22⁰С вибрана правильно, оскільки при D£4 приймають за розрахункову температуру найбільш холодної доби забезпеченістю 0,92 [1].

Приклад 1.5. Визначити товщину тришарової панельної стіни свинарника-відгодівельника на 1200 голів для умов Полтавської обл.

Вихідні дані

1. Огороджувальна конструкція - тришарова стінова панель на гнучких зв'язках із двома залізобетонними шарами d₁= 100 мм і d₃= 50 мм, g₁= g₃= =2500 кг/м³, середній шар d₂ з пінополістиролу g₂= 100 кг/м³ (див. дод.6, п.3).

2. Розрахункові температура і відносна вологість внутрішнього повітря
t_в=16 ⁰С, j_в=75% (дод. 1 [11]).

3. Вологісний режим приміщення - вологий (табл. 1 [1]). Умови експлуатації огороджувальних конструкцій з урахуванням вологісного режиму приміщень і зони вологості - "Б" ([1], дод. 1, 2).

4. Значення теплотехнічних показників і коефіцієнтів у розрахункових формулах такі:

t_з= -27 ⁰С (середня температура найбільш холодної доби із забезпеченістю 0,92 згідно з [2], припускаємо, що конструкція малої інерційності, 1,5<D£4; n= 1;
Dt^н = t_в-t_р= 16 - 11,57 = 4,43 ⁰С (t_р=11,51 ⁰С, дод. 5 [11]); a_в= 8,7 Вт/(м²´⁰С) (при питомому заповненні приміщення тваринами менше 80 кг живої маси на 1 м² підлоги, питоме заповнення тваринницького приміщення розмірами 98´18 м при масі однієї тварини 30 кг (за нормами технологічного проектування [9]) становить 1200´30/98´18)=20,4 кг/м²; a_з= 23 Вт/(м²´⁰С) (табл. 6, п. 1 [1]); l₁= l₃= 2,04 Вт/(м´⁰С); s₁= s₃=18,95 Вт/(м²´⁰С); l₂=0,052 Вт/(м´⁰С), s₂=0,82 Вт/(м²´⁰С) (дод. 3* [1]).

Порядок розрахунку

1. Потрібний опір теплопередачі стіни, R_о^потр, визначаємо за формулою (1) [11]:

м²´⁰С/Вт.

2. Для першого варіанта опору теплопередачі огороджувальної конструкції R₀ приймаємо рівним R_о^потр´k_ек. Значення підвищуючого коефіцієнта k_ек=1,3 (для тришарових конструкцій з ефективним утеплювачем згідно з [11], стор. 41), тому R_о^потр´k_ек= 1,116´1,3= 1,45 м²´⁰С/Вт.

Визначимо товщину утеплювача за формулою (2.16) [11]:

Приймаємо стінові панелі з товщиною утеплювача d₂ = 75 мм при загальній товщині 225 мм.

3. Підрахуємо опір теплопередачі стінової панелі R_о, м²´⁰С/Вт, при товщині утеплювача 75 мм за формулою (4) [1]:

Перевіримо теплову інерцію даної огороджувальної конструкції за
формулою (2) [1]:

Конструкція малої інерційності, отже розрахункова температура зовнішнього повітря t_з= -27 ^оС вибрана правильно, оскільки при D = 2,58 £ 4 приймають розрахункову температуру найбільш холодної доби із забезпеченістю
0,92 (згідно з табл. 5* [1])

З метою зниження енерговитрат та поліпшення зоогігієнічних умов у приміщеннях для утримання тварин проектування систем забезпечення мікроклімату слід здійснювати на основі посиленого теплозахисту будівель. Згідно з [9, п. 10.5] при відсутності достовірних вихідних даних для виконання техніко-економічних розрахунків допускається як економічно доцільні значення опору теплопередачі зовнішніх огороджень у будівлях для утримання тварин приймати такі значення: для стін 1,6…2,4 м²´⁰С/Вт, для покриттів - 2,8…3,5 м²´⁰С/Вт.

Приймаємо = 2,0 м²´⁰С/Вт, тоді товщина утеплювача:

Отже, приймаємо товщину утеплювача 100 мм, тоді загальна товщина стіни становитиме 250 мм.

Перевіримо теплову інерцію даної огороджувальної конструкції за
формулою (2) [1]:

Конструкція малої інерційності, отже розрахункова температура зовнішнього повітря t_з= -27 ^оС вибрана правильно, оскільки при D = 2,97 £ 4 приймають розрахункову температуру найбільш холодної доби із забезпеченістю
0,92 (згідно з табл. 5* [1]).

Дата добавления: 2015-12-07