Теплотехнический расчет наружных ограждающих конструкций зданий

 

Исходные  данные

 

1. Планировка здания: вариант №3, число этажей - 3, число блоков–2, ориентация здания на север, строительные размеры (в метрах): а=41,2; б= 12,4; Н_эт=3,3
2. Конструкция наружной стены: материал Туф с плотностью=1800.
3. Конструкция пола: вариант №3 на лагах
4. Конструкция перекрытия: вариант №0 чердачное
5. Расчет сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций по СниП
6. Район строительства:Геокчай.
7. Система отопления – водяная двухтрубная с верхним расположением подающей магистрали.
8. Отопительные приборы: радиаторы типа М-140-АО.

 

 

1. Теплотехнический расчет наружных  ограждающих

конструкций зданий

Выбор климатических характеристик  районастроительства

 

По таблице  СНиП принимаются:

• средняя температура воздуха наиболее холодных суток t_н1, наиболее холодной пятидневки t_н5 и абсолютная минимальная t_м;
• продолжительность отопительного периода Z_оп;
• зона влажности воздуха j;
• расчетная скорость ветра V_в.

 

Район строительства: Геокчай (12 62)
Средняя температура  воздуха					Средняя скорость ветра за январь	Зона влажности	Продолжительность отопительного периода
Абсолютная  минимальная температура	Средняя наиболее холодных суток	Средняя наиболее холодной пятидневки	Расчетная для  вентиляции	Средняя отопительного  периода
-16	-9	-7	0	4,3	6,3	С	120

Выбор расчётных  условий и характеристик микроклимата в помещениях

 

Температура воздуха в помещениях t_в принимается по СНиП (приложение 2 методических указаний) в от места расположения жилых комнат. Условия эксплуатации ограждающих конструкций, от которых зависит теплотехнические показатели строительных материалов, принимаются по приложению 1.

 

Расчётные условия и характеристики микроклимата

 

Значение tв для помещений, оС							Условия эксплуатации ограждающих конструкций
угловая жилая  комната	рядовая жилая  комната	кухня	Лестнич-ная клетка	Санузел	Ванная	СУ совм.
20	18	15	16	18	25	25	А

 

 

Теплотехнические  характеристики ограждающих конструкций

 

Наименование  ограждающих конструкций	Dtн, оС	n	aв, Вт/(м2х оС)	aн – коэффициент теплообмена на внутренней поверх-ности ограждения; Вт/(м2х оС)
Наружная  стена	6	1	8,72	23,3
Перекрытия  над подвалами и подпольями	2	0,4	8,72	11,6
Чердачные перекрытия (потолок)	4	0,9	8,72	11,6

 

 

Dtн	– нормируемая  разность температур между температурой воздуха в помещении и внутренней поверхности наружного ограждения;
n	– коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху;
aв	– коэффициент  теплообмена на внутренней поверхности  ограждения;
aн	– коэффициент  теплообмена на наружной поверхности ограждения.

 

Расчёты общего термического сопротивленияи коэффициента

теплопередачи ограждающих конструкций.

 

Теплотехнический  расчет  заключается в определении  толщины искомого слоя ограждения, термического сопротивления и коэффициента теплопередачи ограждения. 

Последовательность  выполнения теплотехнического расчета  наружных ограждающих конструкций:

 

1. Сопротивление теплопередачи R_oограждающих конструкций следует принимать не менее требуемого сопротивления теплопередаче R_o^тр по санитарно-гигиеническим требованиям, определяемого по формуле:

 

R_o≥ R_o^тр

Единица измерения - м²*град\вт

 

 

 – нормативный температурный  перепад между температурой внутреннего  воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, град (приложение № 6);

 – коэффициент теплоотдачи  внутренней поверхности ограждающих  конструкций (Вт/м²*град), принимаемой по приложению № 7;

 

n – коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху по приложению № 8;

T_в – расчетная температура внутреннего воздуха, град, принимаемая в зависимости от назначения помещения по приложению № 1;

t_н – расчетная зимняя  температура наружного воздуха, град, принимаемая в зависимости от района строительства, с учетом тепловой инерции ограждающих конструкций по приложению № 1.

 

Для ограждений «средней инерционности» при 4 <D≤ 7 принимается температура, равная полусумме  температур холодных суток  и холодной пятидневки.

2. Толщина искомого слоя ограждения рассчитывается из условий равенства:

R_o= R_o^тр

R_o=  1/a_в + d₁/l₁ + d₂/l₂ + 1/a_н = R_o^тр,

Откуда:

d = [R_o^тр – (1/a_в + d₁/l₁ + d₂/l₂ + 1/a_н)]l_x, м

 

3. С учетом полученной толщины расчетного слоя  ограждения следует определить степень инерционности ограждения. Определяется по формуле:

D = R₁S₁ + R₂S₂ + … + R_nS_n

Общее сопротивление  теплопередаче ограждения определяется по формуле

R_o^об=  1/a_в + d₁/l₁ + d₂/l₂ + 1/a_н, 

м²град/Вт

4. Расчет заканчивается определением коэффициента теплопередачи:

Вт/(м²*град)

 

 

Расчет коэффициента теплопередачи  наружной стены

 

Конструктивные слои	r кг\м3	δ м	λ	R м2*град\вт	S	D
Внутренняя штукатурка из известково-песчаного раствора	1600	0,02	0,7	0,029	8,62	0,25
Туф	1800	δ2	0,7	R2	9,55	D2

 

t_в= 18°C ; t_н = (-9-7)/2 = -8°C

a_в  = 8,72;  a_н  = 23,3

R_в = 1/8,72 = 0,115;  R_н = 1/23,3 = 0,043

n = 1, Dt^н = 6

_________________________________

= 26/6*8,72 = 0,497

R_o^об=  1/a_в + d₁/l₁ + d₂/l₂ + 1/a_н, ;R_o≥ R_o^тр

0,115+0,029+d₂/0,7+0,043 = 0,497

d₂/0,7 = 0,31; d₂ = 0,217

_______________________

d_{2 (толщина каменной кладки)} = 0,4

R₂ = 0,4/0,7 = 0,571

D₂ = R₂ * S₂ = 0,571*9,55 = 5,453

D = D₁ + D₂ = 5,453 + 0,25 = 5,703

Конструкция стены средней инерционности, что  подтверждает правильность произведенного расчета.

_______________________

R_o^об = 0,115+0,029+0,571+0,043 = 0,758

K = 1|0,758 = 1,32Вт/(м²*град)

_______________________

Коэффициент теплопередачи окна и двери с одинарным остеклением:

k^’’_дв. = 4,55;   k_дв. = k^’’_дв. – К_ст. = 4,55 – 1,32 = 3,23

k^’’_ок. = 5,81;   k_ок.= k^’’_ок. – К_ст. = 5,81 – 1,32 = 4,49

 

 

 

 

 

 

Расчет коэффициента теплопередачи  пола

 

Конструктивные слои	r кг\м3	δ м	λ	R м2*град\вт	S	D
Пол из ели вдоль волокна	500	0,029	0,29	0,1	5,55	0,555
Лага из сосны вдоль волокна	500	0,04	0,29	R2	5,55	D2
Столбик из шлакового кирпича	1500	0,12	0,64	R3	8,08	D3
Воздушная прослойка	-	0,16	-	0,18	-	-
Подстилающий слой из бетона на доменных шлаках	1600	0,08	0,58	0,14	8,39	1,17

 

 

t_в= 18°C ;    t_н = (-9-7)/2 = -8°C

a_в  = 8,72;  a_н  = 11,6

R_в = 1/8,72 = 0,115; 

R_н = 1/11,6 = 0,086

n = 0,4;Dt^н = 2

 

 

R₂ = 0,04/0,29 = 0,14;  D₂ = 0,14*5,55 = 0,78

R₃ = 0,12/0,64 = 0,19;  D₃ = 0,19*8,08 = 1,54

R_1-1 = R_в +R₁ +R₂ +R₃ +R₅ +R_н = 0,115+0,1+0,14+0,19+0,14+0,086=0,771

R_2-2 = R_в +R₁ +R₄ +R₅ +R_н = 0,115+0,1+0,18+0,14+0,086 = 0,621

F₁ = 0,6 ;  F₂ = 0,16

R_o^об= (F₁ + F₂)/ (F₁/R_1-1) + (F₂/R_2-2) = (0,6+0,16) / (0,778+0,258) = 0,734

=26*0,4/2*8,72 = 0,596 ;0,734 >0,596

Произведенный расчет удовлетворяет условиюR_o≥ R_o^тр; следовательно конструкция пола выбрана правильно.

D = D₁ + D₂ + D₃ + D₅ = 0,555+0,78+1,54+1,17 = 4,045

Конструкция пола средней инерционности, что подтверждает правильность произведенного расчета.

_______________________

K = 1|0,734= 1,36Вт/(м²*град)

 

 

 

Расчет коэффициента чердачного перекрытия

 

Конструктивные слои	r кг\м3	δ м	λ	R м2*град\вт	S	D
Затирка из известково-песчаного раствора	1600	0,01	0,7	0,014	8,62	0,12
Пустотная ж\б плита	2500	0,22	1,92	R2	17,86	D2
Пароизоляция из рубероида в два слоя	600	0,002	0,17	0,012	3,56	0,043
Утеплитель вермикулитобетон	400	δ4	0,11	R4	1,88	D4

 

Прежде  чем произвести расчет общего термического сопротивления чердачного перекрытия, произведем расчет термического сопротивления железобетонной плиты.

 

Для упрощения  круглые отверстия (пустоты) диаметром 160мм заменим равновеликими по площади  квадратами со стороной а.

 

= 0,14 м

 

 

δ₁ = 0,14 ; δ₂ = (0,22 – 0,14) / 2 = 0,04

F₁ = 0,14 ; F₂ = 0,04

 

Направление, параллельное движению теплового потока:

R_1-1 =( 2*0,04/1,92)  + 0,18 = 0,22 (R_вп = 0,18);

R_2-2 = 0,22/1,92 = 0,115

 

R_II= (F₁+F₂) / (F₁/R_1-1)+( F₂/R_2-2) = (0,14+0,04) / (0,14/0,22) +(0,04/0,115) = 0,18

 

Направление, перпендикулярноее движению теплового потока:

R_1,3 = 0,04/1,92 = 0,02

Для нахождения R₂: R_вп = δ₁/λ_ə ; λ_ə = δ₁/R_вп;  λ_ə =0,14/0,18 = 0,78

λ_ср = (λ₁*F₁ + λ₂*F₂) / (F₁ + F₂) = (0,78*0,14 +1,92*0,04) / 0,18 = 1,033

 

R₂ = δ₂ /λ_ср = 0,14/ 1,033 = 0,136 ~0,14

 

R = 0,02*2 +0,14 =0,18

R_ж/б= (R_II+2*R ) / 3  =   (0,18+2*0,18)/ 3  = 0,18   ; D₂= 0,18*17,86 = 3,21

 

a_в  = 8,72;a_н  = 11,6   R_в = 1/8,72 = 0,115;   R_н = 1/11,6 = 0,086n = 0,9;Dt^н = 4

 

=26*0,9/4*8,72 = 0,671;  R_o≥ R_o^тр ;

R_o^об = 0,115+0,014+0,18+0,012+d₄/l₄+0,086

0,407++d₄/0,11 = 0,671 ; d₄ = 0,03 ;

d₄ = 0,05 (толщина утеплителя вермикулитобетона):

R₄ = 0,05/0,11 = 0,45;     D₄ = 0,45*1,88 = 0,846

R_o^об = 0,115+0,014+0,18+0,012+0,45+0,086 = 0,857

K = 1|0,086 = 1,17Вт/(м²*град)

Тип конструкции	Коэффициент теплопередачи К, Вт/(м2*град)
Наружная стена	1,32
Пол	1,36
Чердачное перекрытие	1,17
Оконное остекление	4,49
Наружные двери	3,23

2. Определение потерь тепла помещениями.

Потери тепла  отапливаемых помещений состоят из основных и добавочных. Основные теплопотери слагаются из теплопотерь через отдельные ограждения помещений, определяемые по формуле:

 

Q = F·K· (t_в – t_н⁵) ·nВт

 

Где  F – площадь ограждения, м;

К – коэффициент  теплопередачи ограждения, Вт/м^{2 о} С;

t_н⁵– расчетная температура наружного воздуха, холодной пятидневки, ^оС;

t_в – температура воздуха внутри помещения;

n – коэффициент учитывающий уменьшение теплопотерь ограждения, несоприкасающегося с наружным воздухом.

 

В данном курсовом проекте производится расчет потерь тепла через   наружные ограждения всех помещений и лестничной клетки.

 

Расчет теплопотерь  сводится в таблице.

 

Расчетная площадь наружных ограждений определяется по следующим  линейным размерам окна и двери по наименьшим размерам строительных проемов в свету, потолки и полы по размерам между осями внутренних стен и от внутренних поверхностей наружных стен до осей внутренних стен. Высота стен первого этажа берется от уровня нижней поверхности конструкции подвального перекрытия до уровня чистого пола второго этажа, высота стен промежуточного этажа берется между уровнями чистых полов данного этажа и вышележащего этажа, высота стен верхнего этажа берется от уровня чистого пола до верха последнего слоя чердачного перекрытия, длина наружных стен не угловых помещений определяется между осями внутренних поверхностей наружных стен до осей внутренних стен. Линейные размеры ограждений принимаются с точностью до 0,1 м, площади до 0,1 м². Площадь окон не вычитывается из площади стены, а при определении потерь через окна из коэффициента теплопередачи окна вычитывать коэффициент теплопередачи наружной стены.

 

Дополнительные  теплопотери, учитывающие ориентацию ограждения, принимаются в процентах от основных теплопотерь, в размере 10% для ограждений ориентированных на: С,В,СВ,СЗ; 5% для ограждений ориентированных на З и ЮВ и 0% для ограждений ориентированных на Ю и ЮЗ.

 

Дополнительные  теплопотери, учитывающие обдуваемость для незащищенных ограждений, принимать при расчетной зимней скорости ветра до 5 м/с – 5%; от 5-10 м/с – 10%; при скорости > 10м/с – 15%.

 

На наличие в помещениях двух наружных стен - 5%.

 

Добавочные  теплопотери следует относить только к вертикально расположенным  ограждениям. Потери тепла полами (нижнего  этажа) или потолками (верхнего этажа) коридоров, не имеющих других наружных ограждений, кроме указанных относят  к теплопотерям помещений, двери которых открываются в данный коридор.

 

Удельная  тепловая характеристика здания.

 

Вычислим общие потери тепла здания Q_{зд, Вт:}

Q_зд = Q_1эт + Q_2эт + Q_3эт + 2*Q_л.к

Q_зд =25841,84 + 20293,43 + 33026,81 + 2*2250,066 = 83662,212

 

После определения  теплопотери всех помещений здания Q_зд, следует найти удельную тепловую характеристику здания q₀, Вт/м²*град:

 

q₀ = Q_зд / V (t_в – t_н ) α,      

 

где V – объем здания по наружному контуру, м³;

t_в– расчетная температура в здании, принимаемая 18 ⁰С;

α  – поправочный коэффициент, определяемый для жилых зданий.

t_н = (-9-7)/2 = -16\2= -8 ⁰С

V = a*b*H=41,2*12,4*9,9=5057,712

 

 

Наружная температура	-10	-15	-20	-25	-30	-35	-40
α	1,45	1,29	1,17	1,08	1,0	0,95	0,9

 

 

q₀ = 83662,212 / 5057,712 *(18+8)*1,45 = 0,43876694     ~0,44

 

Полученное  значение q₀ сравниваем со справочным из приложения 4.

 

Показатели  расхода тепла на отопление.

 

Наименование  зданий	Объем зд. в  тыс.м3	Уд.тепловая характеристика
Жилые здания	3	0,49
	5	0,44
	10	0,38
	15	0,36
	20	0,34
	25	0,33
	30	0,31

 

Отклонений не выявлено.

 

3. Расчет нагревательных приборов.

В здании предусматривается запроектировать  двухтрубную систему водяного отопления  с верхним расположением подающей магистрали. Расчетные температуры теплоносителя в системе отопления принять равными 95-70°С. Нагревательные приборы устанавливаются под каждым окном в квартирах; на лестнично-лифтовой площадке – на каждом этаже под окнами. В помещениях с двумя наружными стенами углы, образованные ими, предохраняются от отсыревания установкой в них стояков отопления. Подводка к радиаторам не должна пересекать межквартирные стены во избежание ухудшения звукоизоляции помещений.

 

Расчет  нагревательных приборов сводится к  определению поверхности нагрева  и количества секций радиаторов. Тепловая мощность радиаторов определяется величиной теплопотерь отапливаемых помещений. Рекомендуемый вид отопительного прибора – радиатор М-140-АО (площадь нагрева одной секции 0,35 экм по приложению 8).

 

Площадь поверхности нагрева отопительных приборов определяется по формуле:

 

F_пр = (Q_п×b₁×b₂/q_экм) – F_тр,         экм,

 

где q_экм – теплоотдача радиатора, Вт/экм;

b₁ – коэффициент, учитывающий охлаждение воды в трубах;

b₂ – коэффициент, учитывающий способ установки прибора;

F_тр – поверхность нагрева открыто проложенных трубопроводов;

 

Теплоотдача (q_экм) определяется по формуле:

q_экм = 9,28×(Δt_ср– 10)×b₃×Z₀,      Вт/экм,

 

где:    Z₀ – поправочный коэффициент, зависящий от схемы подачи воды в

прибор (для схемы «сверху-вниз» z = 1; для схемы «снизу-вниз» z = 0,9;      для схемы «снизу-вверх» z = 0,78);

Δt_ср – разность средних температур теплоносителя в приборе и окружающего            воздуха.

b₃ – коэффициент,  учитывающий способ  подводки  теплоносителя к

нагревательному прибору (для схемы «сверху-вниз» b₃ = 1,07; для схемы         «снизу-вниз» b₃  = 1,23;      для схемы «снизу-вверх» b₃  = 1,18);

 

Поверхность нагрева открыто проложенных  трубопроводов определяется по формуле:

для труб d£32 ммF_тр = 1,78×p×d_н×l_т,       экм,

 

где:  d_н – наружный диаметр трубопровода, м;

l – длина трубы, м;

 

Число секций в радиаторе определяется по формуле:

n = F_пр×b₄/¦_э  ,       шт,

 

где ¦_э – площадь поверхности нагрева одной секции радиатора, экм (приложение 8);

b₄– коэффициент,       учитывающий     число    секций   в    приборе (приложение 9);.

 

Число секций	b4	Число секций	b4	Число секций	b4
1	0,96	6	0,99	10-11	1,01
2	0,96	7	1,0	12-14	1,01
3	0,97	8	1,0	15-16	1,02
4	0,98	9	1,0	19-25	1,03

4. Газоснабжение.

В жилые, общественные и коммунальные здания газ поступает  по газопроводам от городовой распределительной сети. Эти газопроводы состоят из наружных и внутридомовых газопроводов. Во внутренних газовых сетях зданий можно транспортировать только газ низкого давления.

Газопроводы входят в жилые, общественные здания через нежилые помещения (лестничные клетки, кухни, коридоры), доступные для осмотра труб.

На вводе  газопроводов в здание устанавливают  отключающее устройство. Внутри здания отключающие устройства и газовые  стояки размещают в лестничных клетках, тамбурах и коридорах.

Газопроводы в зданиях прокладывают открыто. Перед каждым газовым прибором устанавливают краны.

Газопроводы, пересекающие фундаменты, перекрытия,  лестничные площадки, стенные перегородки  следует заключать в стальные футляры.

В жилых зданиях  газопроводы крепят к стенам с  помощью крюков.

 

Определение расходов газа

Расход газа определить по удельным нормам  его  потребления на единицу оборудования.

Расчетный расход газа для  внутренних газопроводов определяется по формуле:

 

V =   К_оΣ · ν_i · n_і, м³/ч;

 

Где:   К_о - коэффициент одновременности работы газовых приборов;

ν_i - номинальный расход на один прибор (м³/час);

m - число типов газовых приборов;

n_і - число однотипных газовых приборов.

Коэффициент одновременности работы газовых  приборов зависит от числа установленных  приборов, их мощность и режим работы. В зависимости от количества квартир, типа и количество приборов в квартире по ниже приведенной таблице.

 

 

Количество  квартир в здании	Значение  К0 при установке
	Одной плиты		Быстродействующего  проточного водонагр. для ванны и  плиты
	Двухконфорочной	Четырехконфор.	Двухконфорочной	Четырехконфор.
4	0,59	0,35	0,325	0,31
8	0,32	0,265	0,25	0,24
16	0,24	0,239	0,2	0,188
32	0,217	0,23	0,184	0,175
60	0,209	0,22	0,176	0,172
80	0,205	0,214	0,172	0,164