Расчеты энергетических показателей здания

Теплотехнический расчет технического подполья

Теплотехнические расчеты ограждающих конструкций

Площади наружных ограждающих конструкций, отапливаемые площадь и объем здания, необходимые для расчета энергетического паспорта, и теплотехнические характеристики ограждающих конструкций здания определяются согласно принятым проектным решениям в соответствии с рекомендациями СНиП 23-02 и ТСН 23 – 329 – 2002.

Сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций определяются в зависимости от количества и материалов слоев, а также физических свойств строительных материалов по рекомендациям СНиП 23-02 и ТСН 23 – 329 – 2002.

1.2.1 Наружные стены здания

Наружные стены в жилом доме применены трех типов.

Первый тип - кирпичная кладка с поэтажным опиранием толщиной 120 мм, утепленная полистиролбетоном толщиной 280 мм, с облицовочным слоем из силикатного кирпича. Второй тип – железобетонная панель 200 мм, утепленная полистиролбетоном толщиной 280 мм, с облицовочным слоем из силикатного кирпича. Третий тип см. рис.1. Теплотехнический расчет приведен для двух типов стен соответственно.

1). Состав слоев наружной стены здания: защитное покрытие - цементно-известковый раствор толщиной 30 мм, λ = 0,84 Вт/(м×^оС). Внешний слой 120 мм – из силикатного кирпича М 100 с маркой по морозостойкости F 50, λ = 0,76 Вт/(м×^оС); заполнение 280 мм – утеплитель – полистиролбетон D200, ГОСТ Р 51263-99, λ = 0,075 Вт/(м×^оС); внутренний слой 120 мм - из силикатного кирпича, М 100, λ = 0,76 Вт/(м×^оС). Внутренние стены оштукатурены известково-песчаным раствором М 75 толщиной 15мм, λ=0,84 Вт/(м×^оС).

Сопротивление теплопередаче стены равно:

R_w = 1/8,7+0,030/0,84+0,120/0,76+0,280/0,075+0,120/0,76+0,015/0,84+1/23 = 4,26 м²×^оС/Вт.

Сопротивление теплопередаче стен здания, при площади фасадов
A_w = 4989,6 м², равно: 4,26 м²×^оС/Вт.

Коэффициент теплотехнической однородности наружных стен r, определяется по формуле 12 СП 23-101:

a_i – ширина теплопроводного включения, a_i= 0,120 м;

L_i – длина теплопроводного включения, L_i = 197,6 м (периметр здания);

k_i – коэффициент, зависящий от теплопроводного включения, определяемый по прил. Н СП 23-101:

k_i = 1,01 для теплопроводного включения при отношениях λ_m/λ = 2,3 и a/b = 0,23.

Тогда приведенное сопротивление теплопередаче стен здания равно: 0,83 × 4,26 = 3,54 м²×^оС/Вт.

2). Состав слоев наружной стены здания: защитное покрытие - цементно-известковый раствор М 75 толщиной 30 мм, λ = 0,84 Вт/(м×^оС). Внешний слой 120 мм – из силикатного кирпича М 100 с маркой по морозостойкости F 50, λ = 0,76 Вт/(м×^оС); заполнение 280 мм – утеплитель – полистиролбетон D200, ГОСТ Р 51263-99, λ = 0,075 Вт/(м×^оС); внутренний слой 200 мм – железобетонная стеновая панель, λ= 2,04Вт/(м×^оС).

Сопротивление теплопередаче стены равно:

R_w = 1/8,7+0,030/0,84+0,120/0,76+0,280/0,075+
+0, 20/2,04+1/23 = 4,2 м²×^оС/Вт.

Поскольку стены здания имеют однородную многослойную структуру, то коэффициент теплотехнической однородности наружных стен принят r = 0,7.

Тогда приведенное сопротивление теплопередаче стен здания равно: 0,7 × 4,2 = 2,9 м²×^оС/Вт.

Тип здания - рядовая секция 9-этажного жилого дома при наличии нижней разводки труб систем отопления и горячего водоснабжения.

Площадь цокольного перекрытия (над тех. подпольем) А_b = 342 м².

площадь пола тех. подполья - 342 м².

Площадь наружных стен над уровнем земли А_b,w = 60,5 м².

Расчетные температуры системы отопления нижней разводки 95 °С, горячего водоснабжения 60 °С. Длина трубопроводов системы отопления с нижней разводкой 80 м. Длина трубопроводов горячего водоснабжения составила 30 м. Газораспределительных труб в тех. подполье нет, поэтому кратность воздухообмена в тех. подполье I = 0,5 ч^-1.

Температура воздуха в помещениях первого этажа t_int = 20 °С.

Площадь цокольного перекрытия (над тех. подпольем) - 1024,95 м².

Ширина подвала – 17.6 м. Высота наружной стены тех. подполья, заглубленной в грунт, - 1,6 м. Суммарная длина l поперечного сечения ограждений тех. подполья, заглубленных в грунт,

l = 17.6 + 2×1,6 = 20,8 м.

Температура воздуха в помещениях первого этажа t_int = 20 °С.

Сопротивление теплопередаче наружных стен тех. подполья над уровнем земли принимают согласно СП 23-101 п. 9.3.2. равным сопротивлению теплопередаче наружных стен R_o^b.w = 3,03 м²×°С/Вт.

Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций заглубленной части тех. подполья определим согласно СП 23-101 п. 9.3.3. как для не утепленных полов на грунте в случае, когда материалы пола и стены имеют расчетные коэффициенты теплопроводности λ≥ 1,2 Вт/(м^оС). Приведенное сопротивление теплопередаче ограждений тех. подполья, заглубленных в грунт определено по таблице 13 СП 23-101 и составило R_o^rs = 4,52 м²×°С/Вт.

Стены подвала состоят из: стенового блока, толщиной 600 мм, λ = 2,04 Вт/(м×^оС).

Определим температуру воздуха в тех. подполье t_int^b

Для расчета используем данные таблицы 12 [СП 23-101]. При температуре воздуха в тех. подполье 2 °С плотность теплового потока от трубопроводов возрастет по сравнению с значениями, приведенными в таблице 12, на величину коэффициента, полученного из уравнения 34 [СП 23-101]: для трубопроводов системы отопления - на коэффициент [(95 - 2)/(95 - 18)]^1,283 = 1,41; для трубопроводов горячего водоснабжения - [(60 - 2)/(60 - 18)^1,283 = 1,51. Тогда рассчитаем значение температуры t_int^b из уравнения теплового баланса при назначенной температуре подполья 2 °С

t_int^b = (20×342/1,55 + (1,41 25 80 + 1,51 14,9 30) - 0,28×823×0,5×1,2×26 - 26×430/4,52 - 26×60,5/3,03)/

/(342/1,55 + 0,28×823×0,5×1,2 + 430/4,52 +60,5/3,03) = 1316/473 = 2,78 °С.

Тепловой поток через цокольное перекрытие составил

q^b.c = (20 – 2,78)/1,55 = 11,1 Вт/м².

Таким образом, в тех. подполье эквивалентная нормам тепловая защита обеспечивается не только ограждениями (стенами и полом), но и за счет теплоты от трубопроводов систем отопления и горячего водоснабжения.

1.2.3 Перекрытие над тех. подпольем

Ограждение имеет площадь A_f = 1024,95 м².

Конструктивно перекрытие выполнено следующим образом.

Железобетонная плита перекрытия, толщиной 220 мм, λ =
2,04 Вт/(м×^оС). Цементно-песчаная стяжка толщиной 20 мм, λ =
0,84 Вт/(м×^оС). Утеплитель экструдированный пенополистирол «Руфмат», ρ_о =32 кг/м³, λ = 0,029 Вт/(м×^оС), толщиной 60 мм по ГОСТ 16381. Воздушная прослойка, λ = 0,005 Вт/(м×^оС), толщиной 10 мм. Доски для покрытия полов, λ = 0,18 Вт/(м×^оС), толщиной 20 мм по ГОСТ 8242.

Тогда сопротивление теплопередаче равно:

R_f = 1/8,7+0,22/2,04+0,020/0,84+0,060/0,029+

+0,010/0,005+0,020/0,180+1/17 = 4,35 м²×^оС/Вт.

Согласно п.9.3.4 СП 23-101 определим значение требуемого сопротивления теплопередаче цокольного перекрытия над техподпольем Rс по формуле

R_o = nR_req,

где n - коэффициент, определяемый при принятой минимальной температуре воздуха в подполье t_int^b = 2°С.

n = (t_int - t_int^b)/(t_int - t_ext) = (20 - 2)/(20 + 26) = 0,39.

Тогда R_с = 0,39×4,35 = 1,74 м²×°С/Вт.

Проверим, удовлетворяет ли теплозащита перекрытия над техподпольем требованию нормативного перепада D tⁿ = 2 °С для пола первого этажа.

По формуле (3) СНиП 23 - 02 определим минимально допустимое сопротивление теплопередаче

R_o^min = (20 - 2)/(2×8,7) = 1,03 м²×°С/Вт < R_с = 1,74 м²×°С/Вт.

1.2.4 Перекрытие чердачное

Площадь перекрытия A_c = 1024,95 м².

Железобетонная плита перекрытия, толщиной 220 мм, λ =
2,04 Вт/(м×^оС). Утеплитель минплита ЗАО «Минеральная вата», r =140-
175 кг/м³, λ = 0,046 Вт/(м×^оС), толщиной 200 мм по ГОСТ 4640. Сверху покрытие имеет цементно-песчаную стяжку толщиной 40 мм, λ = 0,84 Вт/(м×^оС).

Тогда сопротивление теплопередаче равно:

R_c = 1/8,7+0,22/2,04+0,200/0,046+0,04/0,84+1/23=4,66 м²×^оС/Вт.

1.2.5 Покрытие чердачное

Железобетонная плита перекрытия, толщиной 220 мм, λ =
2,04 Вт/(м×^оС). Утеплитель гравий керамзитовый, r =600 кг/м³, λ =
0,190 Вт/(м×^оС), толщиной 150 мм по ГОСТ 9757; минплита ЗАО «Минеральная вата», 140-175 кг/м3, λ = 0,046 Вт/(м×оС), толщиной 120 мм по ГОСТ 4640. Сверху покрытие имеет цементно-песчаную стяжку толщиной 40 мм, λ = 0,84 Вт/(м×^оС).

Тогда сопротивление теплопередаче равно:

R_c = 1/8,7+0,22/2,04+0,150/0,190+0,12/0,046+0,04/0,84+1/17=3,37 м²×^оС/Вт.

1.2.6 Окна

В современных светопрозрачных конструкциях теплозащитных окон используются двухкамерные стеклопакеты, а для выполнения оконных коробок и створок, в основном, ПВХ профили или их комбинации. При изготовлении стеклопакетов с применением флоат – стекла окна обеспечивают расчетное приведенное сопротивление теплопередаче не более 0,56 м²×^оС/Вт., что соответствует нормативным требованиям при проведении их сертификации.

Площадь оконных проемов A_F = 1002,24 м².

Сопротивление теплопередаче окна принимаем R_F = 0,56 м²×^оС/Вт.

1.2.7 Приведенный коэффициент теплопередачи

Приведенный коэффициент теплопередачи через наружные ограждающие конструкции здания, Вт/(м²×°С), определяется по формуле 3.10 [ТСН 23 – 329 – 2002] с учетом принятых в проекте конструкций:

,

1,13(4989,6 / 2,9+1002,24 / 0,56+1024,95 / 4,66+1024,95 / 4,35) / 8056,9 = 0,54 Вт/(м²×°С).

1.2.8 Условный коэффициент теплопередачи

Условный коэффициент теплопередачи здания , учитывающий теплопотери за счет инфильтрации и вентиляции, Вт/(м²×°С), определяется по формуле Г.6 [СНиП 23 - 02] с учетом принятых в проекте конструкций:

,

где с – удельная теплоемкость воздуха, равная 1 кДж/(кг×°С);

β_ν – коэффициент снижения объема воздуха в здании, учитывающий наличие внутренних ограждающих конструкций, равный β_ν = 0,85.

= 0,28×1×0,472×0,85×25026,57×1,305×0,9/8056,9 = 0,41 Вт/(м²×°С).

Средняя кратность воздухообмена здания за отопительный период рассчитывается по суммарному воздухообмену за счет вентиляции и инфильтрации по формуле

n_a = [(3×1714,32) × 168/168+(95×0,9×

×168)/(168×1,305)] / (0,85×12984) = 0,479 ч^-1.

– количество инфильтрующегося воздуха, кг/ч, поступающего в здание через ограждающие конструкции в течение суток отопительного периода, определяется по формуле Г.9 [СНиП 23-02-2003]:

.

= 19,68/0,53×(35,981/10)^2/3 + (2,1×1,31)/0,53×(56,55/10)^1/2 = 95 кг/ч.

– соответственно для лестничной клетки расчетная разность давлений наружного и внутреннего воздуха для окон и балконных дверей и входных наружных дверей, определяют по формуле 13 [СНиП 23-02-2003] для окон и балконных дверей с заменой в ней величины 0,55 на 0,28 и с вычислением удельного веса по формуле 14 [СНиП 23-02-2003] при соответствующей температуре воздуха, Па.

∆р_еd = 0,55× Η ×(γ_ext - γ_int) + 0,03× γ_ext ×ν².

где Η = 30,4 м– высота здания;

– удельный вес соответственно наружного и внутреннего воздуха, Н/м³.

γ_ext = 3463/(273-26) = 14,02 Н/м³,

γ_int = 3463/(273+21) = 11,78 Н/м³.

∆р_F = 0,28×30,4×(14,02-11,78)+0,03×14,02×5,9² = 35,98 Па.

∆р_ed = 0,55×30,4×(14,02-11,78)+0,03×14,02×5,9² = 56,55 Па.

– средняя плотность приточного воздуха за отопительный период, кг/м³, ,

= 353/ [273+0,5×(21-26)] = 1,31 кг/м³.

V_h = 25026,57 м³.

8056,9 м².

1.2.9 Общий коэффициент теплопередачи

Условный коэффициент теплопередачи здания, учитывающий теплопотери за счет инфильтрации и вентиляции, Вт/(м²×°С), определяется по формуле Г.6 [СНиП 23-02-2003] с учетом принятых в проекте конструкций:

0,54 + 0,41 = 0,95 Вт/(м²×°С).

1.2.10 Сравнение нормируемых и приведенных сопротивлений теплопередачи

В результате проведенных расчетов сравниваются в табл. 2 нормируемые и приведенные сопротивления теплопередаче.

Таблица 2 – Нормируемое R_reg и приведенные R^r_o сопротивления теплопередаче ограждений здания

№ п.п.	Вид ограждения	Rreg, м^2×^оС/Вт	R^ro, м^2×^оС/Вт
	Наружные стены здания	3,03	2,9
	Перекрытие чердачное	4,53	4,66
	Перекрытие техэтажа	1,74	1,03
	Окна и балконные двери	0,5	0,56
	Покрытие чердачное	1,07	3,73
	Стены и пол по грунту	-	4,52

1.2.11 Защита от переувлажнения ограждающих конструкций

Температура внутренней поверхности ограждающих конструкций должна быть больше температуры точки росы t_d =11,6 ^оС (3 ^оС – для окон).

Температуру внутренней поверхности ограждающих конструкций τ_int, рассчитывается по формуле Я.2.6 [СП 23-101]:

τ_int = t_int -(t_int - t_ext)/(R^r × α_int),

для стен здания:

τ_int =20-(20+26)/(3,37×8,7)=19,4 ^оС > t_d =11,6 ^оС;

для перекрытия технического этажа:

τ_int =2-(2+26)/(4,35×8,7)=1,3 ^оС < t_d =1,5 ^оС, (φ=75%);

для окон:

τ_int =20-(20+26)/(0,56×8,0)=9,9 ^оС > t_d =3 ^оС.

Температура выпадения конденсата на внутренней поверхности конструкции определялась по I-d диаграмме влажного воздуха.

Температуры внутренних конструкционных поверхностей удовлетворяют условиям недопущения конденсации влаги, за исключением конструкций перекрытия технического этажа.

1.2.12 Объемно-планировочные характеристики здания

Объемно-планировочные характеристики здания устанавливаются согласно СНиП 23-02.

Коэффициент остекленности фасадов здания f:

f = A_F /A_W+F = 1002,24 / 5992 = 0,17

Показатель компактности здания , 1/м:

= 8056,9 / 25026,57 = 0,32 м^-1.

1.3.3 Расход тепловой энергии на отопление здания

Расход тепловой энергии на отопление здания за отопительный период Q_h^y, МДж, определяем по формуле Г.2 [СНиП 23 - 02]:

= 0,8 – коэффициент снижения теплопоступлений за счет тепловой инерции ограждающих конструкций (рекомендуемый);

= 0,9 – коэффициент эффективности авторегулирования подачи теплоты в системе отопления;

= 1,11 – коэффициент, учитывающий допол­нительное теплопотребление системы отопления, связанное с дискретностью номинального теплового потока номенклатурного ряда отопительных приборов, их дополнительными теплопотерями через зарадиаторные участки ограждений, повышенной температурой воздуха в угловых помещениях, теплопотерями трубопроводов, проходящих через не отапливаемые помещения.

Общие теплопотери здания Q_h, МДж, за отопительный период определяются по формуле Г.3 [СНиП 23 - 02]:

,

Q_h = 0,0864×0,95×4858,5×8056,9 = 3212976 МДж.

Бытовые теплопоступления в течение отопительного периода Q_int, МДж, определяются по формуле Г.10 [СНиП 23 - 02]:

где q_int = 10 Вт/м² – величина бытовых тепловыделений на 1 м² площади жилых помещений или расчетной площади общественного здания.

Q_int = 0,0864×10×205×3940= 697853 МДж.

Теплопоступления через окна от солнечной радиации в течение отопительного периода Q_s, МДж, определяются по формуле 3.10 [ТСН 23 – 329 - 2002]:

Q_s=τ_F×k_F× (A_F1×I₁+A_F2×I₂+A_F3×I₃+A_F4×I₄) +τ_scy × k_scy×A_scy×I_hor,

Q_s= 0,76×0,78×(425,25×587+25,15×1339+486×1176+66×1176)= 552756 МДж.

Q_h^y = [3212976–(697853+552756)×0,8×0,9]×1,11 = 2 566917 МДж.

1.3.4 Расчетный удельный расход тепловой энергии

Расчетный удельный расход тепловой энергии на отопление здания за отопительный период, кДж/(м²×^оС×сут), определяется по формуле
Г.1 [1]:

10³×2 566917 /(7258×4858,5) = 72,8 кДж/(м²×^оС×сут)

Согласно табл. 3.6 б [ТСН 23 – 329 – 2002] нормируемый удельный расход тепловой энергии на отопление девяти -этажного жилого здания 80кДж/(м²×^оС×сут) или 29 кДж/(м³×^оС×сут).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В проекте 9-этажного жилого дома были использованы специальные приемы повышения энергоэффективности здания такие как:

¾ применено конструктивное решение, позволяющее не только осуществлять быстрое возведение объекта, но и использовать в наружной ограждающей конструкции различные конструкционно – изоляционные материалы и архитектурные формы по желанию заказчика и с учетом существующих возможностей стройиндустрии области,

¾ в проекте выполняется теплоизоляция трубопроводов отопления и горячего водоснабжения,

¾ применены современные теплоизоляционные материалы, в частности, полистиролбетон D200, ГОСТ Р 51263-99,

¾ в современных светопрозрачных конструкциях теплозащитных окон используются двухкамерные стеклопакеты, а для выполнения оконных коробок и створок, в основном, ПВХ профили или их комбинации. При изготовлении стеклопакетов с применением флоат – стекла окна обеспечивают расчетное приведенное сопротивление теплопередаче 0,56 Вт/(м×оС).

Энергетическая эффективность проектируемого жилого дома определяется по следующим основным критериям:

¾ удельный расход тепловой энергии на отопление в течение отопительного периода q_h^des,кДж/(м²×°С×сут) [кДж/(м³×°С×сут)];

¾ показатель компактности здания k_e,1/м;

¾ коэффициент остекленности фасада здания f.

В результате проведенных расчетов можно сделать следующие выводы:

1. Ограждающие конструкции 9-этажного жилого здания соответствуют требованиям СНиП 23-02 по энергетической эффективности.

2. Здание рассчитано на поддержание оптимальных температуры и влажности воздуха с обеспечением наименьших затрат на энергопотребление.

3. Вычисленный показатель компактности здания k_e = 0,32 равен нормативному.

4. Коэффициент остекленности фасада здания f=0.17 близок к нормативному значению f=0.18.

5. Степень уменьшения расхода тепловой энергии на отопление здания от нормативного значения составила минус 9 %. Данное значение параметра соответствует нормальному классу теплоэнергетической эффективности здания согласно табл.3 СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПАСПОРТ ЗДАНИЯ

Дата добавления: 2015-06-04