№ 5. Теплотехнические расчеты наружных ограждений отапливаемого дома Автор:

Иванович, профессор, д.т.н.

Контакты: efremov_german@mail.ru

Москва – 2017

Теплогазоснабжение с
основами теплотехники

(табл. 1), принимаемые по СНиП «Климатология»

Табл. 1.

Расчётные параметры наружного воздуха

периода года при проектировании отопления следует принимать в соответствии с

требованиями [2, п. 5.1]:
а) для жилых помещений – минимальную из оптимальных температур по прил. А.
б) в других помещениях жилых зданий, а также в общественных и административно-бытовых зданиях – минимальную из допустимых температур по прил. А. Относительная влажность воздуха принимается в пределах допустимых норм. Табл. 2.










* В угловых помещениях квартир расчетную температуру воздуха следует принимать на
2 оС выше, чем в обычных.

Расчётные параметры внутреннего воздуха

в жилых зданиях и общежитях в холодный период года

прил. Т] в зависимости от условий эксплуатации, характеризующихся параметрами А

или Б.
Условия эксплуатации ограждающих конструкций А или Б зависят от
влажностного режима помещений и зон влажности района строительства.
Влажностный режим помещений устанавливают по [4, табл.1], зону влажности
– по [4, прил. В].
После определения влажностного режима помещения и зоны влажности
района строительства определяют условия эксплуатации ограждающих конструкций по [4, табл.2] или табл. 3. Табл. 3.








Для определенных по табл. 3 условий эксплуатации из справочного приложения [4, прил.Т] выписывают коэффициенты теплопроводности и паропроницаемости материалов, из которых выполнены наружные ограждающие конструкции здания, и заносят в табл.4.

Теплотехнические характеристики строительных конструкций

Табл. 4.








– прочерк стоит у тех слоев,
толщина которых должна
определяться в результате
теплотехнического расчета.

Характеристика наружных ограждающих конструкций

контур, ограничивающий отапливаемый объем здания. Теплозащитная оболочка здания должна отвечать

следующим
требованиям [4, п. 5.1]:
а) приведенные сопротивления теплопередаче отдельных ограждающих конструкций должны быть не меньше нормируемых значений (поэлементные требования);
б) удельная теплозащитная характеристика здания должна быть не больше нормируемого значения (комплексное требование);
в) температура на внутренних поверхностях ограждающих конструкций должна быть не ниже минимально допустимых значений (санитарно – гигиеническое требование).
Требования тепловой защиты здания будут выполнены при одновременном выполнении требований а, б и в.
1. Обеспечение поэлементных требований по тепловой защите
Поэлементные требования по тепловой защите заключаются в том, чтобы приведенное сопротивление теплопередаче каждой ограждающей конструкции, являющейся частью теплозащитной оболочки здания (наружные стены, окна, перекрытия и т.д.), было не менее нормируемых значений.
Нормируемое значение сопротивления теплопередаче Rотр , (м2 . оС)/ Вт,
зависит от количества градусо-суток отопительного периода ГСОП, оС·сут/год, рассчитываемого по формуле

РАСЧЕТ ТЕПЛОЗАЩИТНОЙ ОБОЛОЧКИ ЗДАНИЯ

ГСОП = (tв -

tот) zоп, ( 1)
где tв – расчетная температура внутреннего воздуха, °С;
tот – средняя температура наружного воздуха за отопительный период, °С;
zоп – продолжительность отопительного периода, сут.
В зависимости от найденного по формуле (1) значения ГСОП принимается базовое значение требуемого сопротивления теплопередаче Rотр по [4,табл. 3] или прил. Б.
Нормируемое приведенное сопротивление теплопередаче глухой части балконных дверей должно быть не менее чем в 1,5 раза выше нормируемого
сопротивления теплопередаче светопрозрачной части этих конструкций.
В случаях, когда наружная или внутренняя температура для отдельных
помещений отличается от принятых в расчете ГСОП, базовые значения требуемого сопротивления теплопередаче (определенные по прил. Б) ограждающих конструкций, разделяющих эти помещения, умножаются на коэффициент nt , который рассчитывается по формуле
(2)
где tв* , tот*– температура внутреннего и наружного воздуха для данного помещения,оС;
tв и tот– то же, что в формуле (1).

РАСЧЕТ ТЕПЛОЗАЩИТНОЙ ОБОЛОЧКИ ЗДАНИЯ

Пример теплотехнического расчета
Пример 1.

Тре6уется выполнить теплотехнический расчет наружных
ограждений жилого дома. Пример изображения конструкции наружной стены
приведен на рис. 2. Расчет заключается в подборе толщины утеплителя,
обеспечивающей требуемое сопротивление теплопередаче.
Исходные данные
Район строительства – г. Архангельск. Продолжительность отопительного
периода zоп = 251 сут. Температура наиболее холодной пятидневки tн = –31°С.
Средняя температура за отопительный период tот = – 4,7°С. Зона влажности –
нормальная. Наименование материалов слоев конструкций и коэффициенты их теплопроводности даны в табл. 4.


Рис. 2. Конструкция
наружной
стены здания.

Пример теплотехнического расчета
Решение
Определяем количество

градусо-суток отопительного периода по формуле (1):
ГСОП = (20 + 4,7) 251 = 6200 С сут.
По прил. В путем интерполяции по полученному значению градусо-суток
определяем базовое значение требуемого сопротивления теплопередаче для
наружной стены: Rотр= 3,57 (м2 · С)/Вт.
Так как в конструкции стены присутствуют элементы с другими значениями коэффициента теплопроводности (крепежные элементы, оконные ригели и т.п.), то их влияние учитывается путем вычисления приведенного сопротивления теплопередаче Rпр, (м2 · С)/Вт, по формуле
Rпр = R0тр / r, (4)
где r – коэффициент теплотехнической однородности, в расчетах
принимается равным от 0,7 до 0,8.
Вычисляем приведенное сопротивление теплопередаче для стены по
формуле ( 4):
Rпр = 3,57/0,75 = 4,76 (м2 · С)/Вт.
Суммарное сопротивление теплопередаче через многослойную конструкцию R, (м2 С)/Вт, определяется формулой (5)

Теплоотдача от горячей среды t'ж, к холодной среде t''ж.
Количество теплоты, переданной от горячей среды к стенке по
уравнению Ньютона-Рихмана имеет вид:
Q = 1 · (t'ж – t1) · F, (6)
где 1 – коэффициент теплоотдачи от горячей среды с
температурой t'ж к поверхности стенки с температурой t1;
F – расчетная поверхность плоской стенки.
Тепловой поток через стенку определяется по уравнению:
Q = λ/δ · (t1 – t2) · F. (7)
Тепловой поток от второй поверхности стенки к холодной среде
Рис. 3. определяется по формуле: Q = α2 · (t2 - t''ж) · F, (6)
где 2 – коэффициент теплоотдачи от поверхности стенки к холодной среде с температурой t''ж.
Решая эти три уравнения совместно получаем:
Q = (t'ж – t''ж) ∙ F∙ К, (8)
где К = 1 / (1/ 1 + δ/ λ + 1/ 2) – коэффициент теплопередачи, (9)
R = 1/К = 1/1 + Σδ/ λ + 1/ 2 – полное термическое сопротивление теплопередачи через многослойную плоскую стенку. Коэффициенты теплоотдачи находят по критериальным уравнениям [4]. Приближенные значения – по таблицам.

Пример теплотехнического расчета
где αв

– коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей
конструкции Вт/(м2·°С), принимаемый по [4, табл.4], для стен, полов, гладких
Потолков αв = 8,7 Вт/(м2·°С);
δi - толщина слоя, м;
λi - коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м С), принимаемый по Табл. 4.
Подставляя в формулу (5) вместо R вычисленное по формуле (2.4) значение Rпр, а также все известные значения толщин слоев и коэффициентов теплопровод-ности, получаем выражение


из которого вычисляем неизвестное значение толщины утеплителя: δут = 0,182 м.
Полученное значение нужно округлить до ближайшего большего значения стандартно выпускаемой толщины утеплителя. Принимаем δут = 0,2 м и
уточняем значение сопротивления теплопередаче по формуле (5):

Пример теплотехнического расчета
Аналогично рассчитывается

толщина утеплителя для перекрытий верхнего этажа и подвала и вычисляется их сопротивление теплопередаче. Результаты расчета: - для перекрытия верхнего этажа Rпв =5,82(м2 С)/Вт;
- для перекрытия подвала Rпп =5,86(м2 С)/Вт.
Для окна расчет заключается в подборе оконной конструкции с приведенным сопротивлением теплопередаче не меньшим, чем вычисленное по
формуле (4): Rокпр = 0,61/0,75=0,81(м2 С)/Вт.
Принимаем по прил. В следующую конструкцию окна: однокамерный
стеклопакет с одним стеклом с низкоэмиссионным мягким покрытием с заполнением аргоном, имеющий сопротивление теплопередаче
Rок = 0,81(м2 С)/Вт.
Требуемое сопротивление теплопередаче входной двери лестничной
клетки Rд ,(м2 С)/Вт, определяется по формуле
Rд =0,6· Rсттр, (10)
где Rсттр – требуемое сопротивление теплопередаче стены, рассчитанное по
формуле (3).


Расчет закончен.

сопротивления теплопередаче ограждений. Общее сопротивление теплопередаче (м2∙°С/Вт) многослойного ограждения R0

определяют по формуле
(11)

где Rв, Rн - сопротивление тепловосприятию и теплоотдаче соответственно у внутренней и наружной поверхностей, м2∙°С/Вт (табл. 5);
R1, R2, R3 - термическое сопротивление отдельных слоев ограждения м2∙°С/Вт;
Rвп - термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки, м2∙°С/Вт (табл. 6)

Определение расходов теплоты

Rв, Rн у внутренней и наружной поверхностей ограждения

формуле

(12)

где δ – толщина слоя материала, мм;
в - коэффициент качества теплоизоляции наружного ограждения (для наружных
ограждений, утепленных материалов, подверженных уплотнению, деформации или
усадке, например, стиропор, минераловатные плиты, войлок и другое независимо от объемной массы принимают в = 1,2; для ограждений, утепленных теплоизоляционными материалами с объемной массой менее 400 кг/м3, за исключением материалов, указанных выше, в = 1,1, а для всех прочих наружных ограждений в = 1);
λ - коэффициент теплопроводности Вт/(м∙°С);
γ - объемная масса материала с учетом пустот, кг/м3.

Термическое сопротивление отдельных однородных слоев ограждения

Основная литература:

1. СП 131.13330.2012. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*

Строительная климатология. – М.: Минрегион России, 2012.– 113 с. 2. СП 60.13330.2012. Актуализированная редакция СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование. – М.: Минрегион России, 2012. –76 с. 3. ГОСТ 30494-96. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях.- М.: Госстрой России, 1999.-8с 4. СП 50.13330.2012. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий– М.: Минрегион России, 2012 – 96с. 5. Богословский, В.Н.Строительная теплофизика / В.Н.Богословский. – М.: Высшая школа, 1982. – 415 с. 6. Тихомиров, К.В. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция: учеб. для вузов/ К.В. Тихомиров, Э.С. Сергеенко.– М.: Стройиздат, 2007.– 480 с. 7. СНиП 41-02-2003. Тепловые сети. Госкомитет РФ по строительству. М.,
2003.– 38 с.

ЛИТЕРАТУРА

Дополнительная литература:
8. Бирюзова Е.А. Теплоснабжение. Часть 1.

Горячее водоснабжение [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Бирюзова Е.А.— Электрон. текстовые данные.— СПб.: Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, ЭБС АСВ, 2012.— 192 c
9. Подпоринов Б.Ф. Теплоснабжение [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Подпоринов Б.Ф.— Электрон. текстовые данные.— Белгород: Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, ЭБС АСВ, 2011.— 267 c.
10. Теплоснабжение и вентиляция. Курсовое и дипломное проектирование. /Под ред. проф. Б. М. Хрусталева - М.: Изд-во АСВ, 2005. - 576 с, 129 ил.
11. Шарапов В.И. Регулирование нагрузки систем теплоснабжения [Электронный ресурс]: монография/ Шарапов В.И., Ротов П.В.— Электрон. текстовые данные.— М.: Новости теплоснабжения, 2007.— 165 c.
12. Гончар В. В. Теплоснабжение города: метод. указания к выполнению курсового и дипломного проектов / Воронеж. гос. арх.-строит. ун-т;– Воронеж, 2009. – 55 с.
13. Андреевский А.К. (под. ред. Одельский Э.Х., Мухин О.А.) Лабораторный практикум по теплогазоснабжению и вентиляции: учебное пособие для вузов. 2017, 304 с.

ЛИТЕРАТУРА