Проектирование тепловой защиты здания

Задание:

Вариант 26

Определить толщину  наружной стены общественного здания в г.Томске.

Относительная влажность в помещении 55%

δ₁ – 15 мм – сухая штукатурка

δ₂ - ? мм – блоки из вермикулитобетона объемной плотностью 400 кг/м³

δ₃ – 20 мм – облицовка известняком объемной плотностью 1600 кг/м³

Высота здания 9м 

Последовательность  проектирования тепловой защиты здания:

- определяют  наружные климатические характеристики  и оптимальные параметры микроклимата  внутри здания;

- разрабатывают объемно-планировочные решения и оценивают их с позиции энергоэффективности по показателю компактности здания и коэффициенту остекленности его фасадов;

- выбирают теплотехнический коэффициенты для материалов слоев в зависимости от условий эксплуатации здания;

- определяют  значения нормируемых показателей:  сопротивления теплопередаче R_req и температурного перепада ∆t_n;

- разрабатывают  конструктивные решения в здании  и рассчитывают ширину утеплителя  для каждой из ограждающих  конструкций здания;

- проверяют соответствие  расчетных показателей допустимым (нормируемым) величинам;

- выполняют теплотехническую  проверку принятых конструктивных  решений на воздухопроницаемость, влажностной режим и теплоустойчивость;

- определяют  теплотехнические параметры для  энергетического паспорта здания. 

Климатические характеристики района строительства.

Для выполнения теплотехнического расчета необходимы следующие климатические характеристики (по СНиП 23-01-99* таблица 1):

-40 ^оС – t_ext - Средняя температура наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92;

236 суток – z_ht - Продолжительность отопительного периода;

179 суток – z_о - Продолжительность периода влагонакопления;

- 8,4 ^оС - t_ht - Средняя температура отопительного периода;

-12, 4 ^оС - t_o - Средняя температура периода влагонакопления;

- Средняя упругость  водяного пара наружного воздуха  периода месяцев с отрицательными  среднемесячными температурами. 

Таблица 2.1. Основные климатические характеристики для г.Томска.

По СНиП 23-01-99* табл. 3*, табл. 5*.

В строительной климатологии периоды года выделяют в зависимости от значений среднемесячных температур: зимний ≤ -5 ^оС; летний ≥ 5 ^оС, весеннее-осенний -5 ^оС < t < 5 ^оС.

Значение  парциального давления водяных паров  в воздухе зимнего, весеннее-осеннего и летнего периодов рассчитывается по формуле:

, где

j – месяц, ^оС; z – продолжительность i-того периода, месяцев. 

Таблица 2.2. Ветровая характеристика местности (г.Томск).

По СНиП 2.01.01-82 приложение 4.

Роза ветров для района строительства: 1) для  января; 2) для июля. 

Основные  теплотехнические коэффициенты.

При определение  основных теплотехнических коэффициентов следует учитывать условия (А и Б), при которых эксплуатируется ограждающая конструкция.

По  СНиП II-3-79* приложение 1* определяем зону влажности – нормальная.

По  СНиП 23-02-2003 таблица 1 определяем влажностный режим помещений здания – нормальный.

Затем по СНиП 23-02-2003 таблица 2 определяем условия эксплуатации ограждающих конструкций – Б. 

Таблица 2.3. Теплотехнические характеристики ограждающих конструкций.

По СП 23-101-2004 приложение Д.

Климатические условия в холодный период года в  каждом населенном пункте характеризует  показатель – градусо-сутки отопительного периода D_d, ^оСсут.

, где

- расчетная средняя  температура внутреннего  воздуха для заданного  типа помещения,  ^оС;

= 18 ^оС (для общественных зданий)

- средняя температура  наружного воздуха  отопительного периода,  ^оС;

= -8,4 ^оС

- продолжительность  отопительного периода,  сутки.

= 236 суток

  ^оСсут 

Условия допустимости принятия проектных решений.

Строительными нормами установлены 3 обязательных взаимно увязанных нормируемых показателя тепловой защиты здания: 

«а» - приведенное сопротивление теплопередаче , (м^{2 о}С)/Вт, отдельных элементов ограждающих конструкций здания, которое характеризует теплозащитные свойства ограждающей конструкции; 

«б» - температурный перепад , ^оС, между температурами внутреннего воздуха и внутренней поверхности ограждающей конструкции, характеризует санитарно-гигиенические условия в помещениях с точки зрения обеспечения комфортных условий пребывания человека и предотвращения поверхностей внутри помещения от увлажнения, намокания и появления плесени; 

«в» - удельный расход энергии на отопление здания , кДж/(м^{2 о}С сут), позволяет оценить комплексную величину энергосбережения от реализации архитектурных, строительных, теплотехнических и инженерных решений. 

Согласно строительным нормам требования тепловой защиты здания считаются выполненными, если в жилых  и общественных зданиях обеспечены требования одновременно по показателям  «а» и «б» или «б» и «в», в зданиях производственного  назначения – показателей «а»  и «б».

В данной работе предусматривается проектирование тепловой защиты зданий по показателям  «а» и «б». 

Определение нормативных показателей.

Показатель  «а» - нормируемое значение проведенного сопротивления теплопередаче определяется по таблице 4 СНиП 23-02-03 в зависимости от величины градусо-суток отопительного периода . Значения отличающиеся от табличных величин следует определять по формуле:

, где a и b – коэффициенты, приведенные в таблице 4 СНиП 23-02-03.

a = 0,0003

b = 1,2

 (м^{2 о}С)/Вт  

Показатель  «б» - нормируемая величина температурного перепада зависит от назначения помещения и вида ограждающей конструкции, находится по таблице 5 СНиП 23-02-03. 
 

Показатель  «в» - нормируемое значение удельного расхода энергии на отопление зависит от назначения и этажности здания, устанавливается по таблицам 8 и 9 СНиП 23-02-03.

  кДж/(м^{2 о}С сут) 

Выбор конструктивного  решения в здание.

Исходным элементом  обеспечения нормативных требований в здании является выбор целесообразной толщины ограждающих конструкций  здания.

В теплотехническом проектирование различают 2 вида глухих конструкций наружных ограждений: однородные (однослойные и многослойные) и неоднородные (многослойные). По заданию наружные ограждения являются однородными многослойными, т.е. 1 слой совмещает в себе и конструктивные, утепляющие функции.

Основой проектирования является определение толщины слоя утеплителя.

Применив условное деление ограждающей конструкции  на слои найдем расчетное сопротивление теплопередачи:

,

где – толщина, м, - коэффициент теплопроводности материала слоя утеплителя, Вт/(м^оС),

  и  – толщина, м, и коэффициент, Вт/(м^оС), теплопроводности i-того конструктивного слоя ограждения,

N – количество слоев ограждающей конструкции,

  – термическое  сопротивление замкнутой  воздушной прослойки (МУ таблица 1.5),

  – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м^2оС) (СНиП 23-02-2003 таблица 7), – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающих конструкций для условий холодного периода, Вт/(м^2оС) (МУ таблица 1.4).

 8,7 Вт/(м^2оС)

 23 Вт/(м^2оС)

= 0

Исходя из граничного условия «а», при котором  , можно определить толщину утеплителя : 

= (3,069 – 0,2529) 0,13 = 0,366 м = 366 мм

По унификации (МУ таблица 1.6) принимаем толщину слоя равную 400 мм. 

Определение расчетных показателей.

Показатель  «а» - расчетное сопротивление теплопередачи , (м^{2 о}С)/Вт.  

= 3,328 (м^{2 о}С)/Вт 

r – коэффициент теплотехнического однородного i-того участка однородной ограждающей конструкции, учитывающий влияние стыков, откосов, проемов, обрамляющих ребер, гибких связей и других теплотехнических включений.

r = 0,9 (МУ таблица 3, СП 23-101-2004 таблица 6)

 2,995 (м^{2 о}С)/Вт

Для достижения требований строительных норм должно выполняться условие:

Т.к. 2,995 3,069, значит следует выбрать большую по унификации толщину:

= 600 мм.

Тогда = 4,869 (м^{2 о}С)/Вт

 4,382 (м^{2 о}С)/Вт

Т.к. 4,382 3,069, значит уровень тепловой защиты стены здания соответствует требованиям. 

Показатель  «б» - расчетный температурный перепад , ^оС. 

= 18  ^оС (для общественных зданий)

- cредняя температура наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92.

= -40 ^оС

 – коэффициент,  учитывающий положение наружных  ограждений по отношению к  наружному воздуху (таблица 6 СНиП 23-02-03).

= 1

1,521 ^оС

Для достижения требований строительных норм должно выполняться условие: 

Т.к. 1,521 4,5, значит  , следовательно, санитарно-гигиенические условия в здании соответствуют требованиям. 

Вывод: принятое конструктивное решение наружной стены общественного здания соответствует требованиям по условиям «а» (по тепловой защите) и «б» (по санитарно-гигиеническим условиям).

Далее необходимо принятый вариант наружной стены  проверить на теплоустойчивость, воздухопроницаемость и влажностной режим. 

Проверки  к теплотехническому  расчету.

Проверка  на воздухопроницаемость материалов и конструкций.

  – сопротивление воздухопроницанию, (м² Па)/кг 

- коэффициент  воздухопроницания, кг/(м Па)

  – требуемое сопротивление воздухопроницанию, (м² Па)/кг

 – разность  давлений воздуха на внутренней  и внешней сторонах ограждающих  поверхностей, Па. 

  тепловой напор + ветровой напор

- высота здания от уровня пола 1 этажа до верха вытяжной шахты, м

 9 м (по заданию)

, Н/м³

  зависит от  = 18  ^оС

= 11,90 Н/м³

  зависит от  = -40 ^оС

= 14,86 Н/м³

- расчетная зимняя скорость ветра, м/с.

 5,6 м/с

 28,632 Па

- нормируемая воздухопроницаемость  ограждающих конструкций,  кг/(м² ), по таблице 11 СНиП

 0,5 кг/(м² )

 57,264 (м² Па)/кг

- расчетное сопротивление  воздухопроницанию, (м² Па)/кг 

  определяется для каждого слоя (МУ таблица 1.7, СП 23-101-2004 таблица 17)

 30 (м² Па)/кг, для обшивки из гипсовой сухой штукатурки толщиной 15 мм.

 1,5 (м² Па)/кг, для кладки из легкобетонных камней на цементно-шлаковом растворе толщиной 600 мм.

 0,24 (м² Па)/кг, для облицовки известняком толщиной 20 мм.

31,740 (м² Па)/кг

Для достижения требований проверки на воздухопроницаемость должно выполнятся условие: 

Т.к. 31,740 57,274, значит требования по воздухопроницаемости не достигнуты.

Вывод: конструкция не соответствует требованиям по воздухопроницаемости. Для того, чтобы проверка на воздухопроницаемость выполнялась предлагаю изменить один из материалов.

Например, известняк  заменить известковой штукатуркой.

Тогда 189,333 (м² Па)/кг.

Значит  было бы равно 220,833 (м² Па)/кг и условие выполнялось бы. 

Проверка  на выпадение конденсата на внутренней поверхности  ограждения. 

  – максимальное  значение упругости   водяного пара, которое зависит от температуры внутреннего воздуха в помещение = 18  ^оС.

  определяем по  таблице 1.8  МУ, таблице 2 приложения С СП 23-101-2004.

 2064 Па

Зная значение можно определить действительную упругость водяного пара .

 55 % (по заданию). 

= 1135,2 Па

Поток водяного пара, проходящий через слои наружного  ограждения, при понижении температуры  до значения температуры точки росы конденсируется. Температурой точки росы считают температуру, при которой наступает полное насыщение воздуха паром, а относительная влажность достигает своего предела – 100 %.

Определяют температуру точки росы по таблице 1.10 МУ, предполагая, что относительная влажность воздуха составляет 100 %, а .

 8,83 ^оС