Расчет толщины утепляющего слоя неоднородной однослойной и многослойной ограждающей конструкции

Однородность слоя материала применяемых в современной практике однослойных и многослойных строительных ограждений (стен, покрытий, перекрытий) нарушается теплоизоляционными или теплопроводными включениями, воздушными прослойками.

Рассмотрим порядок теплотехнического расчета многослойного покрытия (рисунок 2), в первом слое которого (плита перекрытия) однородность материала нарушена воздушными прослойками.

Для учета санитарно-гигиенических требований, предъявляемых к ограждающей конструкции покрытия (перекрытия), необходимо определить требуемое сопротивление теплопередаче , (м²·°С)/Вт, по уравнению (1).

Предварительная толщина теплоизоляционного слоя утеплителя покрытия δ_ут, м, определяется из уравнения (5).

В первом слое однородность материала нарушена в параллельном и перпендикулярном направлениях движения теплового потока, поэтому по уравнению (5) величина определяется как приведенное термическое сопротивление теплопередаче конструкции , (м²·°С)/Вт.

Рисунок 2 – Многослойная ограждающая конструкция покрытия

Величина определяется следующим образом.

А. При расчете многопустотной плиты перекрытия ограждающая конструкция условно разрезается плоскостями, параллельными направлению движения теплового потока, на характерные в теплотехническом отношении участки, из которых одни могут быть однородными (из одного материала), а другие неоднородными (из разных материалов).

Термическое сопротивление всех этих участков , (м²·°С)/Вт, определяется по формуле:

, (9)

где A₁, A₂, …, A_n – площади отдельных участков конструкций, м²;

R₁, R₂, …, R_n – значения термического сопротивления указанных отдельных участков конструкции, определяемые для однородных участков по выражению , а для неоднородных участков так же, но с учетом термического сопротивления теплопередаче воздушной прослойки R_вп, (м²·°С)/Вт(таблица 12).

Таблица 12 – Термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки

Толщина воздушной прослойки, м	Термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки Rвп, (м^2·°С)/Вт,
горизонтальной, при потоке тепла снизу-вверх и вертикальной	горизонтальной, при потоке тепла сверху-вниз
При температуре воздуха в прослойке
положительной	отрицательной	положительной	отрицательной
0,01	0,13	0,15	0,14	0,15
0,02	0,14	0,15	0,15	0,19
0,03	0,14	0,16	0,16	0,21
0,05	0,14	0,17	0,17	0,22
0,10	0,15	0,18	0,18	0,23
0,15	0,15	0,18	0,19	0,24
0,2÷0,3	0,15	0,19	0,19	0,24
Примечание: При оклейке одной или обеих поверхностей воздушной прослойки алюминиевой фольгой термическое сопротивление следует увеличивать в 2 раза.

Б. При расчете многопустотной плиты покрытия ограждающая конструкция условно разрезается плоскостями, перпендикулярными направлению теплового потока на характерные в теплотехническом отношении участки, из которых одни могут быть однородными (из одного материала), а другие – неоднородными (из разных материалов).

Термическое сопротивление всех этих участков R_Б, (м²·°С)/Вт, определяется для однородных участков по выражению , для неоднородных участков – по формуле (9).

Приведенное термическое сопротивление неоднородного слоя ограждающей конструкции (многопустотной плиты) , (м²·°С)/Вт, следует определять по формуле:

. (10)

Если R_А превышает R_Б более чем на 25%, то следует определять на основании расчета температурного поля по [8, п.п. 2,8 и 2.9^*].

После определения и выбора толщины δ_ут (по уравнению (5)) определяется , (м²·°С)/Вт, всей ограждающей конструкции покрытия по формуле:

, (11)

где α_в, α_н, δ_i. δ_ут, λ_i, λ_ут – то же, что и в уравнении (4)

– то же, что и в уравнении (10).

При выполнении условия (7) или определяется коэффициент теплопередачи принятой конструкции покрытия k_покр, Вт/(м²·°С), по уравнению (8):

,

где – фактическое общее сопротивление теплопередаче конструкции, (м²·°С)/ Вт.

Пример 2. Теплотехнический расчет наружного ограждения (покрытия)

Исходные данные.

1. Ограждающая конструкция, совмещенное многослойное покрытие (рисунок 2) – железобетонная плита γ₁ = 2500 кг/м³, толщиной δ₁ = 0,22 м; пароизоляция – битумная мастика с γ₂ = 1400 кг/м³и δ₂ = 0,003 м; утеплитель – перлитопластобетон с γ_ут = 100 кг/м³; выравнивающий слой цементно-песчанного раствора с γ₃= 1800 кг/м³и δ₃ = 0,05 м; гидроизоляция – три слоя рубероида с γ₄ = 600 кг/м³и δ₄ = 0,009 м.

2. Район строительства − г. Томск.

3. Влажностный режим помещения – нормальный.

4. Отопление осуществляется от ТЭЦ.

5. Зона влажности района – нормальная.

6. Условия эксплуатации – Б.

7. Значение коэффициентов и теплотехнических характеристик в формулах:

t_хп(0,92) = -40 °С; t_от = -8,4 °С; z_от = 236 сут.(приложение А, таблица А.1); t_в = 20°С (таблица 1);

λ₁ = 2,04 Вт/(м²·°С);λ₂ = 0,27 Вт/(м²·°С); λ_ут = 0,05 Вт/(м²·°С); λ₃°= 0,76 Вт/(м²·°С); λ₄ = 0,17 Вт/(м²·°С), (приложение А, таблица А.3);

α_в = 8,7 Вт/(м²·°С);(таблица 8); α_н = 23 Вт/(м²·°С);(таблица 9);

Δt^н = 4°С(таблица 7); n = 1(таблица 6).

Порядок расчета.

1. Первоначально определяем требуемое сопротивление теплопередаче покрытия при t_н = t_хппо формуле (1):

.

1. По формуле (2) определяем градусо-сутки отопительного периода (D_d), °С·сут:

.

2. Находим величину сопротивления теплопередаче ограждения с учетом энергосбережения = 5,55 (м²·°С)/Вт, (таблица 10).

3. Сравниваем и . Принимаем для дальнейших расчетов большее, т.е. = 5,55 (м²·°С)/Вт.

4. Находим термическое сопротивление теплопередаче железобетонной конструкции многопустотной плиты.

Расчет приведенного термического сопротивления пустотной панели перекрытия представлен для двух случаев: когда пустотная панель является основанием покрытия и когда она несущая часть перекрытия над неотапливаемым подвалом. Плита выполнена из железобетона. Поперечное сечение плиты с размерами, и расчетная схема сечения приведены на рисунке 3.

А. Для простоты расчета принимаем схему сечения плиты с квадратными отверстиями в плите вместо круглых. Так, сторона эквивалентного по площади квадрата

а) б)

Рисунок 3 – Поперечное сечение плиты (а) и расчетная схема (б)

Б. Выделяем регулярный элемент и делим его плоскостями, параллельными тепловому потоку. Получаем два параллельных участка. Участок I – однородный; участок II – многослойный: состоит из двух одинаковых по толщине слоев а и в, а также горизонтальной воздушной прослойки. Сопротивления теплопередаче этих участков R_Iи R_II соответственно равны:

.

.

Термическое сопротивление воздушной прослойки R_вп (таблица 12).

а) для панели покрытия горизонтальная воздушная прослойка с потоком теплоты снизу вверх отделена от наружного воздуха слоем утеплителя, поэтому в ней воздух находится при положительной температуре. Для прослойки толщиной 0,14 м в этих условиях R_вп = 0,15 (м²·°С)/Вт. Тогда, R_II = 0,04 + 0,15 = 0,19 (м²·°С)/Вт.

б) для панели перекрытия над неотапливаемым подвалом с утеплителем, лежащим над железобетонной плитой, горизонтальная воздушная прослойка от холодного техподполья не отделена слоем утеплителя, поэтому в ней воздух находится при отрицательной температуре. Для прослойки толщиной 0,14 м в этих условиях при потоке теплоты сверху вниз R_вп = 0,24 (м²·°С)/Вт. Следовательно, тогда R_II = 0,04 + 0,24 = 0,28 (м²·°С)/Вт.

Сопротивление теплопередаче всего регулярного элемента при разбивке его плоскостями, параллельными тепловому потоку, определяем по формуле (9):

а) для покрытия

.

б) для перекрытия над подвалом

В. Делим регулярный элемент плоскостями, перпендикулярными тепловому потоку (рисунок 3 на схеме справа), и получаем три параллельных участка. Участки а и в – однородные, участок б – неоднородный, состоящий из горизонтальной воздушной прослойки и слоя железобетона шириной I = 0,07 ми толщиной δ = 0,14 м.

.

Определяем сопротивление теплопередаче этих участков:

.

R_б определяем по формуле (9):

а) для покрытия

.

б) для перекрытия над подвалом

.

Сопротивление теплопередаче всего регулярного элемента R_Б, (м²·°С)/Вт, при разбивке его плоскостями, перпендикулярными тепловому потоку, определяем по формуле: R_Б = R_а +R_б +R_в

а) для покрытия

R_Б = 0,02 +0,108 +0,02 = 0,148 (м²·°С)/Вт;

б) для перекрытия над подвалом

R_Б = 0,02 + 0,131 +0,02 = 0,171 (м²·°С)/Вт.

5. Приведенное термическое сопротивление теплопередаче плиты , (м²·°С)/Вт, определяется по формуле (10):

а) для покрытия

(м²·°С)/Вт;

б) для перекрытия над подвалом

(м²·°С)/Вт.

Полученные значения используются как известные величины при дальнейшем определении толщины изоляции в указанных перекрытиях.

6. Определяем предварительную толщину утеплителя δ_ут по уравнению (5)

7. Уточним фактическое общее сопротивление теплопередаче покрытия по выражению (6)

(м2·°С)/Вт.

Из расчетов следует, что условие теплотехнического расчета выполнено, так как , т.е. 5,64 > 5,55.

8. Коэффициент теплопередачи для принятой конструкции покрытия определяем по уравнению (8)

Вт/(м²·°С).

9. Находим толщину всей ограждающей конструкции по формуле , м.

Дата добавления: 2015-07-25