Теплотехнический расчет ограждающих конструкций

 

Расчет производится согласно главы СНиП П-3-79* «Строительная теплотехника» и СНКК 23-302-2000 (ТСН 23-302-2000 Краснодарского края) Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий. Нормы по теплозащите зданий и методических указаний к курсовому и дипломному проектированию «Теплотехнический расчет ограждающих конструкций зданий».

Расчетные условия (по данным СНКК 23-302-2000):

1. Расчетная температура внутреннего воздуха – t_int = +20⁰ С;

2. Расчетная температура наружного воздуха – t_ext = - 13⁰ С;

(температура наиболее холодной пятидневки)

5. Продолжительность отопительного периода Z _ext = 134 сут.;

6. Средняя температура наружного воздуха за отопительный период t_ext^av +4.4⁰ С; 7.Градусосутки отопительного периода D_d = 2090 ⁰С.

8. Назначение – лечебное.

9. Размещение в застройке – отдельностоящее.

10. Тип – четырехэтажное.

11. Конструктивное решение – рамно связевое

Объемно-планировочные параметры здания:

12. Общая площадь наружных стен, включая окна и двери

 

A_w+F+ed = P_st× H_h =  м²

 

Площадь наружных стен (за минусом площади окон и входных дверей):

 

A_w = 1974,9 – 542,5 – 5,76 = 1426,64 м²

 

A_F = 542,5м² – площадь окон и витражей;

A_ed = 2.4×2.4 = 5,76 м² – площадь входной двери.

Площадь покрытия и площадь пола 1-го этажа равны:

 

А_с = А_st = 885,4 м²

 

13. Площадь наружных ограждающих конструкций определяется как сумма площади стен (с окнами и входными дверьми) плюс площадь пола, плюс площадь совмещенного покрытия:

 

А_е^sum= A_w+F+ed+ А_с + А_st= 1974,9+885,4+885,4 = 3745,7м²

 

14-15. Площадь отапливаемых помещений (общая площадь) А_h и полезная площадь А_r:

 

А_h =580,5+ м²

А_r =2856,4-327,8=2528,6 м²_,

 

16. Отапливаемый объем здания:

V_h =A_st × H_h= м³        

 

17-18. Показатели объемно-планировочного решения:

- коэффициент остекленности здания: Р =А_F / A_w+F+ed = 542,5/1974,9= 0,27;

- показатель компактности здания: К_е^des = А_е^sum/ V_h = 3745,7/10101 = 0,37.

Энергетические показатели

Теплотехнические показатели

19. Согласно СниП П-3-79^* приведенное сопротивление теплопередаче наружных ограждений R₀^r, м^{2 0}С/Вт должно приниматься не ниже требуемых значений R₀^red, которые устанавливаются по табл. 1б в зависимости от градусосуток отопительного периода.

Для D_d = 2090⁰С×сут требуемое сопротивление теплопередаче равно для:

- стен R_w^red= 2,46 м²×⁰С/Вт;

- окон и балконных дверей R_f^red= 0,377 м²×⁰С/Вт;

- входных дверей R_w^red= 1,35 м²×⁰С/Вт;

- совмещенное покрытие R_ed^red= 3,6 м²×⁰С/Вт;                                                      

- пол первого этажа R_f = 3,25 м²×⁰С/Вт;

Определимся с конструкциями и рассчитаем толщины утеплителей наружных ограждений по принятым сопротивлениям теплопередачи. Схема конструкции стены приведена на рисунке 1.

 

1. Известково-песчанный раствор плотностью 1600 кг/м³ d₁=20мм, с коэффициентом теплопроводности А =0,70 Вт/(м^оС)

2. Пенобетон плотностью 600 кг/м³ d₂=Х мм, с коэффициентом теплопроводности А =0,22 Вт/(м^оС)

3. Цементно-песчанный раствор плотностью 1800 кг/м³ d₃=20мм, с коэффициентом теплопроводности А =0,76 Вт/(м^оС

Определяем требуемое сопротивление теплопередаче стены, исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий:

 

 м²×⁰С/Вт

R₀ =R_В+R_раств+R_ж/б +R_раств + R_н =R_o^треб

R₀ =  м²×⁰С/Вт

[2,46 – (0,115 +0,028+ 0,026 + 0,043)]×0,22 = x

x = 0,5 d_бет =0,5м

толщина стены 0,5+0,02= 0,54 м

Для обеспечения требуемого по градусосуткам сопротивления теплопередаче совмещенного покрытия R₀^тр = 3,6 м²×⁰С/Вт определяем толщину утеплителя в многослойной конструкции покрытия (термическое сопротивление пароизоляции отнесены в запас), схема которого приведена на рисунке 2

 

 

3. Железобетонная монолитная плита плотностью 2500 кг/м³ d₁=250 мм, с коэффициентом теплопроводности А =1,92 Вт/(м^оС)

2. Утеплитель-пенополистирол плотностью 150 кг/м³ d₂=Х мм, с коэффициентом теплопроводности А =0,052 Вт/(м^оС)

1. Цементно-песчанный раствор плотностью 1800 кг/м³ d₃=40мм, с коэффициентом теплопроводности А =0,76 Вт/(м^оС)

 

R₀ =R_В +R_ж/б +R_утеп +R_раств + R_н =R_o^треб

R₀ =  м²×⁰С/Вт

1/8,7+0,25/1,92 + X/0,052+ 0,04/0,76 + 1/23= 2,46

[3.6-(0,115+0,13 +0,052+0,043)]×0,052 = X

X = (3,6-0,34)×0,052= 0,169 м

d_ут = 17 см

 

Для обеспечения требуемого по градусосуткам сопротивления теплопередаче R₀^тр = 3,25 м²×⁰С/Вт перекрытия по грунту, определяем его конструкцию и рассчитаем толщину утеплителя (рис.3).

 

 

1. Цементно-песчанный раствор плотностью 1800 кг/м³ d₁=40мм, с коэффициентом теплопроводности А =0,76 Вт/(м^оС)

2. Утеплитель-керамзит плотностью 300 кг/м³ d₂=Х мм, с коэффициентом теплопроводности А =0,12 Вт/(м^оС)

3. Железобетонная монолитная плита плотностью 2500 кг/м³ d₃=250 мм, с коэффициентом теплопроводности А =1,92 Вт/(м^оС)

R₀ =R_В + R_раств + R_утеп +R_ж/б + R_н =R_o^треб

R₀ =  м²×⁰С/Вт

1/8,7+0,04/0,76 + X/0,12+ 0,25/1,92 + 1/23= 3,25

[3,25-(0,115+0,052 +0,13+0,043)]×0,12 = X

X = (3,25-0,34)×0,12= 0,349 м принимаем d_ут = 35 см

 

20. Приведенный трансмиссионный коэффициент теплопередачи:

 

K_m^tr = b(A_w/R_w^r+A_F/ R_F^r + A_ed/ R_td^r+n× A_c/ R_c^r+ n× A_f/ R_f^r)/ А_е^sum

K_m^tr = 1,1(1426,6/2,46 + 542,5/0,38 + 5,75/1,35 + 1×885,4/3,6 +0,6×885,4/3,25)/3745,7 =

= 1.1(597,67 + 1427,6 + 4,25 + 245,94+163,45)/3745,7 = 0,651 (Вт/м²×⁰С),

 

21. Воздухопроницаемость неружных ограждений принимается по таблице 12* СниП П-3-79*. Согласно этой таблице воздухопроницаемость стен, покрытия, перекрытия первого этажа G_m^w = G_m^c = G_m^f = 0,5 кг/(м²×⁰С), окон и деревянных переплетов и балконных дверей G_m^F = 6 кг/(м²×⁰С).

22. Требуемая среднесуточная кратность воздухообмена в общественных зданиях, функционирующих не круглосуточно, определяется по формуле:

 

 

где  — продолжительность рабочего времени в учреждении, ч;

 — кратность воздухообмена в рабочее время, ч^-1, согласно СНиП 2.08.02 для учебных заведений, поликлиник и других учреждений, функционирующих в рабочем режиме неполные сутки, 0,5 ч^-1 в нерабочее время;

n_a= =0,75 ч^-1

 

23. Приведенный инфильтрационный (условный) коэффициент теплопередачи здания определяется по формуле:

 

К_m^inf= 0.28×c×n_a×b_v ×V_h g_a^ht×k/A_c^sum, g_a^ht=353/(275+t_ext^av)

К_m^inf = 0,28×1×0,75×0,85×10101×1,27×0,8/3745,7 = 0,489 (Вт/м²×⁰С).

 

24. Общий коэффициент теплопередачи здания, (Вт/м²×⁰С) определяемый по формуле:

 

К_m = K_m^tr+ К_m^inf= 0,651+0,489 = 1,14 (Вт/м²×⁰С)

 

Теплоэнергетические показатели

25. Общие теплопотери через ограждающую оболочку здания за отопительный период, МДж

 

Q_h = 0.0864×K_m×D_d× A_e^sum = 0,0864×1,14×2090×3745,7 = 1128207(МДж)

 

26. Удельные бытовые тепловыделения q_int, Вт/м³, следует устанавливать исходя из расчетного удельного электро- и газопотребления здания, но не менее 10 Вт/м³

Принимаем 12 Вт/м³.

27. Бытовые теплопоступления в здание за отопительный период, МДж:

 

Q_int = 0,0864×q_int×Z_ht×A_L = 0,0864×12×168×2528,6 = 440437 МДж

28. Теплопоступления в здание от солнечной радиации за отопительный период, МДж:

 

Q_s =t_F×k_F×(A_F1l₁+A_F2l₂+ A_F3l₃+A_F4l₄)= 0,9×0,9×(185,26×382+131,26×816+98,52 ×382+126,96×816)=

0,81×(70769+107108+37634+103599)=258479 МДж

 

29. Потребность в тепловой энергии на отопление здания за отопительный период, МДж, определяют по формуле:

 

Q_h^y = [Q_h – (Q_int + Q_s)×Y]×b_h

Q_h^y = [1128207- (440437+258479)×0,8]×1,13 = 643053 МДж

 

30.Удельный расход тепловой энергии на отопление здания

 

q_h^des, кДж/(м³×⁰Ссут): q_h^des = 10³ Q_h^y/A_h×D_d

q_h^des= 10³×643053 /10101×3058 = 20,81 кДж/(м³×⁰Ссут)

 

Разница между удельным расходом энергии на отопление здания и требуемым (20,81 против 31) составляет 32,87%, что превышает допустимую разницу (5%), поэтому необходим пересмотр вариантов до достижения условия:

 

q_h^reg ≥ q_h^des.

 

Уменьшаем приведенные сопротивления теплопередачи ограждающих конструкций, определенные по таблице 1”б” СНиП II-3-79*, исходя из условий энергосбережения.

(Изменения вносим в пункт 19).

19. Для второго этапа принимаем следующие сопротивления ограждающих конструкций:

 

- стен R_w^red= 1,72 м²×⁰С/Вт;

- окон и балконных дверей R_f^red= 0,377 м²×⁰С/Вт;

- входных дверей R_w^red= 1,35 м²×⁰С/Вт;

- совмещенное покрытие R_ed^red= 20,5 м²×⁰С/Вт;                                                    

- пол первого этажа R_f = 1,15 м²×⁰С/Вт;

 

20. Приведенный трансмиссионный коэффициент теплопередачи:

 

K_m^tr = b(A_w/R_w^r+A_F/ R_F^r + A_ed/ R_td^r+n× A_c/ R_c^r+ n× A_f/ R_f^r)/ А_е^sum

K_m^tr = 1,1(1426,6/1,72 + 542,5/0,38 + 5,75/1,35 + 1×885,4/2,05 +0,6×885,4/3,25)/3745,7 =

= 1.1(829,4 + 1427,6 + 4,25 + 431,9+769,9)/3745,7 = 0,92 (Вт/м²×⁰С),

 

21. (Без изменения.) Воздухопроницаемость наружных ограждений принимается по таблице 12* СниП П-3-79*. Согласно этой таблице воздухопроницаемость стен, покрытия, перекрытия первого этажа G_m^w = G_m^c = G_m^f = 0,5 кг/(м²×⁰С), окон и деревянных переплетов и балконных дверей G_m^F = 6 кг/(м²×⁰С).

22. (Без изменения.) Требуемая среднесуточная кратность воздухообмена в общественных зданиях, функционирующих не круглосуточно, определяется по формуле:

 

 

где  — продолжительность рабочего времени в учреждении, ч;

 — кратность воздухообмена в рабочее время, ч^-1, согласно СНиП 2.08.02 для учебных заведений, поликлиник и других учреждений, функционирующих в рабочем режиме неполные сутки, 0,5 ч^-1 в нерабочее время;

 

n_a= =0,75 ч^-1

 

24. Общий коэффициент теплопередачи здания, (Вт/м²×⁰С) определяемый по формуле:

 

К_m = K_m^tr+ К_m^inf= 0,92+0,489 = 1,409 (Вт/м²×⁰С)

 

Теплоэнергетические показатели

25. Общие теплопотери через ограждающую оболочку здания за отопительный период, МДж

 

Q_h = 0.0864×K_m×D_d× A_e^sum = 0,0864×1,409×2090×3745,7 = 1394425,7(МДж)

 

26. (Без изменения.) Удельные бытовые тепловыделения q_int, Вт/м³, следует устанавливать исходя из расчетного удельного электро- и газопотребления здания, но не менее 10 Вт/м³

Принимаем 12 Вт/м³.

27. (Без изменения.) Бытовые теплопоступления в здание за отопительный период, МДж:

 

Q_int = 0,0864×q_int×Z_ht×A_L = 0,0864×12×134×2528,6 = 440437,3 МДж

 

28. (Без изменения.) Теплопоступления в здание от солнечной радиации за отопительный период, МДж:

Q_s =t_F×k_F×(A_F1l₁+A_F2l₂+ A_F3l₃+A_F4l₄)= 0,9×0,9×(185,26×382+131,26×816+98,52 ×382+126,96×816)=

0,81×(70769+107108+37634+103599)=258479 МДж

 

29. Потребность в тепловой энергии на отопление здания за отопительный период, МДж, определяют по формуле:

 

Q_h^y = [Q_h – (Q_int + Q_s)×Y]×b_h

Q_h^y = [1394425,7- (440437,3+258479,1)×0,8]×1,13 = 943880,2 МДж

 

30.Удельный расход тепловой энергии на отопление здания q_h^des, кДж/(м³×⁰Ссут): q_h^des = 10³ Q_h^y/A_h×D_d

 

q_h^des= 10³×943880,2 /10101×3058 = 30,55 кДж/(м³×⁰Ссут)

 

При требуемом q_h^red = 31 кДж/(м³×⁰Ссут)

По принятым сопротивлениям теплопередаче определимся конструкциями ограждений и толщиной утеплителя совмещенного покрытия и перекрытия первого этажа.

Стены: принимаем следующую конструкцию стены, теплотехнические характеристики материалов (рис. 4)

 

1. Известково-песчанный раствор плотностью 1600 кг/м³ d₁=20мм, с коэффициентом теплопроводности А =0,70 Вт/(м^оС)

2. Пенобетон плотностью 800 кг/м³ d₂=Х мм, с коэффициентом теплопроводности А =0,33 Вт/(м^оС)

3. Цементно-песчанный раствор плотностью 1800 кг/м³ d₃=20мм, с коэффициентом теплопроводности А =0,76 Вт/(м^оС)

Cопротивление теплопередаче:

 

R₀ =R_В+R_раств+R_ж/б +R_раств + R_н =R_o^треб

R₀ =  м²×⁰С/Вт

[1,72 – (0,115 + 0,028+0,026 + 0,043)]×0,33 =δ₂

 

откуда толщина пенобетона δ₂=0,5 м

Совмещенное покрытие: принимаем следующую конструкцию совмещенного покрытия, теплотехнические характеристики материалов (рис. 5)

1. Цементно-песчанный раствор плотностью 1800 кг/м³ d₁=20 мм, с коэффициентом теплопроводности А =0,76 Вт/(м^оС)

2. Утеплитель-газобетон плотностью 600 кг/м³ d₂=Х мм, с коэффициентом теплопроводности А =0,22 Вт/(м^оС)

 

3. Железобетонная монолитная плита плотностью 2500 кг/м³ d₃=250 мм, с коэффициентом теплопроводности А =1,92 Вт/(м^оС)

 

 

R₀ =R_В +R_ж/б +R_утеп +R_раств + R_н =R_o^треб

R₀ =  м²×⁰С/Вт

1/8,7+0,25/1,92 + X/0,22+ 0,02/0,76 + 1/23= 1,45

[1,45-(0,115+0,13 +0,026+0,043)]×0,22 = X

X = (1,45-0,314)×0,22= 0,249 м

Принимаем d_ут = 25 см

Перекрытие первого этажа: принимаем следующую конструкцию перекрытия первого этажа, теплотехнические характеристики материалов (рис. 6)

1. Цементно-песчанный раствор плотностью 1800 кг/м³ d₁=20 мм, с коэффициентом теплопроводности А =0,76 Вт/(м^оС)

2. Утеплитель-газобетон плотностью 300 кг/м³ d₂=Х мм, с коэффициентом теплопроводности А =0,11 Вт/(м^оС)

3. Железобетонная монолитная плита плотностью 2500 кг/м³ d₃=250 мм, с коэффициентом теплопроводности А =1,92 Вт/(м^оС)

 

R₀ =R_В + R_раств + R_утеп +R_ж/б + R_н =R_o^треб

R₀ =  м²×⁰С/Вт

1/8,7+0,02/0,76 + X/0,11+ 0,25/1,92 + 1/23= 1,15

[1,15-(0,115+0,026 +0,13+0,043)]×0,11 = X

X = (1,15-0,314)×0,11= 0,9 м принимаем d_ут = 90 см