Характеристика слоев стены и общее сопротивление стены теплопередаче

Пример 2.

Пример 1.

Примеры выполнения теплотехнического расчета

Защита от влаги

Механизм увлажнения

Возможное увлажнение конструкции ограждения связано в первую очередь с тем, что зимой температура наружного воздуха значительно меньше температуры воздуха внутри помещения. При этом парциальное давление водяного пара внутри помещения в несколько раз превышает парциальное давление снаружи. Из-за разницы давлений водяной пар начинает перемешаться наружу. Диффундирующий водяной пар при этом будет терять свою упругость из-за такого свойства материалов, как сопротивление паропроницаемости. По мере продвижения водяного пара внутри стены он сталкивается с более холодными слоями конструкции ограждения. Каждый слой конструкции имеет температуру, которая определяет максимальную возможную при данной температуре упругость водяного пара. В правильно подобранной конструкции ограждения фактическая упругость водяного пара не должно превышать максимальную упругость водяного пара при данной температуре, для избегания образования так называемой точки росы.

Процесс передачи влаги через конструкцию стены кроме ее переохлаждения также не должен приводить к сорбционному переувлажнению конструкции. В конструкции ограждения перенос влаги происходит через соприкасающиеся слои материалов. Из-за различных значений сопротивления паропроницаемости слоев материалов ограждения между слоями или внутри слоя может скапливаться избыточное количество влаги. Проще говоря, причина появления излишней эксплуатационной влаги в ограждении является то, что внутренний слой пропускает больше влаги, чем наружный успевает отдать. Основной защитой от переувлажнения конструкций служит рациональное расположение слоев конструкций, различающихся по свойствам. Как правило, конструкцию стены подбирают таким образом, чтобы в направлении изнутри наружу располагались наиболее теплопроводные и малопаропроницаемые материалы, в направлении снаружи внутрь наоборот – материалы, обладающие большим сопротивлением теплопередаче и наименьшим сопротивлением паропроницаемости. Также для ограничения поступления влаги внутрь ограждения там, где это необходимо целесообразно использовать на внутренней поверхности различные масляные и эмалевые краски, паронепроницаемые штукатурки, лаки, битумные мастики, листы ГКЛ, полиэтиленовые пленки, изоляционные бумаги (типа рубероид, толь, пергамин и тому подобные).

Давным-давно здания и сооружения строились, не задумываясь о том, какими теплопроводными качествами обладают ограждающие конструкции. Другими словами, стены делались просто толстыми. И если вам когда-нибудь случалось быть в старых купеческих домах, то вы могли заметить, что наружные стены этих домов выполнены из керамического кирпича, толщина которых составляет порядка 1,5 метров. Такая толщина кирпичной стены обеспечивала и обеспечивает до сих пор вполне комфортное пребывание людей в этих домах даже в самые лютые морозы.

В настоящее же время все изменилось. И сейчас экономически не выгодно делать стены такими толстыми. Поэтому были придуманы материалы, которые могут ее уменьшить. Одни из них: утеплители и газосиликатные блоки. Благодаря этим материалам, например, толщина кирпичной кладки может быть снижена до 250 мм.

Теперь стены и перекрытия чаще всего делают 2-х или 3-х слойными, одним слоем из которых является материал с хорошими теплоизоляционными свойствами. А для того, чтобы определить оптимальную толщину этого материала, проводится теплотехнический расчет и определяется точка росы.

Для расчета потребуются:

· СНиП 23-02-2003 (СП 50.13330.2012). "Тепловая защита зданий". Актуализированная редакция от 2012 года

· СНиП 23-01-99* (СП 131.13330.2012). "Строительная климатология". Актуализированная редакция от 2012 года

· СП 23-101-2004. "Проектирование тепловой защиты зданий"

· ГОСТ 30494-96 (заменен на ГОСТ 30494-2011 с 2011 года). "Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях"

· Пособие. Е.Г. Малявина "Теплопотери здания. Справочное пособие"

В процессе выполнения теплотехнического расчета определяют:

· теплотехнические характеристики строительных материалов ограждающих конструкций;

· приведённое сопротивление теплопередачи;

· соответствие этого приведённого сопротивления нормативному значению.

В настоящее время конструктивное решение наружных стен выполняют с воздушной прослойкой или без неё.

Задание к задаче 1.2. Теплотехнический расчет ограждающей конструкции

Исходные данные:

1. Район строительства – принимается по данным задачи 1.1 РГР.
2. Конструктивное решение стены – по табл. Приложения 1.

Требуется:

1. Выполнить теплотехнический расчет 3-х наружной стены для заданного района строительства: а) с наружным утеплением; б) с внутренним утеплением; в) с утеплителем в теле кладки
2. Выполнить сравнительный расчет теплопроводности сплошной кирпичной стены, заданной толщины, условно считая, что колодцев нет. Определить минимально необходимую толщину наружной стены, отвечающей требованию энергосбережения.
3. Проверить расчетом воздухопроницаемость ограждающей конструкции.
4. Построить графики распределения температуры внутри конструкции для различных вариантов стены:
5. Выполнить расчет влажностного состояния заданной конструкции на определение температуры точки росы и зоны возможной конденсации влаги.

Примечания:

1. По ходу расчетов показать промежуточные числовые значения и давать ссылки на таблицы и пункты СНиП по принятым составляющим формул

2. На чертежах показать минимальные размеры, выполненные в масштабе, условные обозначения материала слоев. значения температур;

3. После каждого раздела дать выводы о теплофизических свойствах конструкции и дать предложение по устранению недостатков;

4. Конструктивные размеры ограждающей конструкции принимать с учетом модульных размеров строительных материалов

Исходные данные:

Выполнить теплотехнический расчет кирпичной стены жи­лого дома, расположенного в городе Кострома, сложенной из силикатного кирпича на тяжелом цементно - песчаном растворе под расшивку швов, оштукатуренной с внутренней стороны слоем цементно -песчаной штукатурки. Кладка колодцевая, заполненная газосиликатом.

Требуется:

A. Выполнить расчет сплошной кирпичной стены

Б. Выполнить расчет кирпичной стены со слоем из газосиликата. Рассчитать минимально необходимую толщину газосиликата и стены в целом.

B. Выполнить расчет кирпичной стены со слоем из пенополистирола. Проверить, как измениться теплотехническая характеристика стены, если газосиликат заменить на пенополистирол.

Г. Для слоистой кладки выполнить расчет влажностного состояния заданной конструкции на определение температуры точки росы и зоны возможной конденсации влаги.

Параметры ограждающей конструкции:

- Толщина стены δ=640 мм

- Объемный вес газосиликата γ =600 кг/м3

- Толщина наружной кладки δ_н = 120 мм

- Толщина внутренней кладки δ_в =250 мм

- Влажность воздуха в помещении φ = 50(%)

- Объемный вес пенополистирола γ = 150(кг/м3)

- Температура воздуха в помещении t_в = 21ºС

А) Расчёт сплошной кирпичной стены

Расчет произведен в соответствии с требованиями следующих нормативных документов:

СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий.

СНиП 23-01-99 Строительная климатология.

СП 23-101-2004 Проектирование тепловой защиты зданий

Исходные данные:

Район строительства: Кострома

Относительная влажность воздуха: φ_int=50%

Тип здания или помещения: Жилые

Вид ограждающей конструкции: Наружные стены

Расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания: t_int=21°C

Расчет:

Согласно таблицы 1 СНиП 23-02-2003 при температуре внутреннего воздуха здания t_int=21°C и относительной влажности воздуха φ_int=50% влажностный режим помещения устанавливается, как сухой.

Определим требуемое сопротивление теплопередаче R_req исходя из санитарно-гигиенических условий (п. 5.1 б) СНиП 23-02-2003 согласно формуле:

R_req=n(t_int-t_ext)/(Δt_n·α_int)

где t_int-расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания,°C

t_int=21°C

t_ext-расчетная средняя температура наружного воздуха,°C принимаемая согласно таблицы 1 СНиП 23-01-99

t_ext= -31 °C для населенного пункта - Кострома

n- коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху и приведенный в таблице 6 СНиП 23-02-2003

n=1 - согласно п.1 таблицы 6 СНиП 23-02-2003 для наружных стен

α_int- коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м·°С), принимаемый по таблице 7 СНиП 23-02-2003

α_int=8.7 Вт/(м·°С) согласно п.1 таблицы 7 СНиП 23-02-2003

Δt_n- нормативный температурный перепад, °C принимаемый согласно таблицы 5 СНиП 23-02-2003, Δt_n=4 °C согласно п.1 таблицы 5 СНиП 23-02-2003

Тогда

R_req=1(21-(-31))/(4·8.7)=1.49м²°С/Вт

Определим требуемое приведенное сопротивление теплопередаче R_req исходя из нормативных требований к приведенному сопротивлению теплопередаче(п. 5.1 а) СНиП 23-02-2003) согласно формуле:

R_req=aD_d+b

где а и b - коэффициенты, значения которых следует приниматься по данным таблицы 4

СНиП 23-02-2003 для соответствующих групп зданий.

Так для ограждающей конструкции вида - наружные стены и типа здания - жилые а =0.00035; b =1.4

Определим градусо-сутки отопительного периода D_b, ⁰С·сут по формуле (2) СНиП 23-02-2003

D_b=(t_int-t_ht)z_ht

где t_int-расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания,°C

t_int=21°C

t_ht-средняя температура наружного воздуха,°C принимаемые по таблице 1 СНиП 23-01-99 для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более8 °С для типа здания – жилые t_ht=-3.9 °С

z_ht-продолжительность, сут, отопительного периода принимаемые по таблице 1 СНиП 23-01-99 для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более 8 °С для типа здания – жилые z_ht=222 сут.

Тогда

D_b=(21-(-3.9))222=5527.8 °С·сут

По формуле (1) СНиП 23-02-2003 определяем требуемое сопротивление теплопередачи R_req (м²·°С/Вт).

Тогда

R_req=0.00035·5527.8+1.4=3.33м²°С/Вт

Поскольку произведен расчет удельного расхода тепловой энергии на отопление здания то сопротивление теплопередаче R_req может быть меньше нормируемого, но не меньше R_min определяемого согласно п.5.13 СНиП 23-02-2003

R_min=R_req0.63

R_min=2.1м²·°С/Вт

К расчету принято большее из требуемых сопротивлений теплопередаче, равное 2.1 м²·°С/Вт

Поскольку населенный пункт Кострома относится к зоне влажности - нормальной, при этом влажностный режим помещения - сухой, то в соответствии с таблицей 2 СНиП 23-02-2003 теплотехнические характеристики материалов ограждающих конструкций будут приняты, как для условий эксплуатации A.

Схема конструкции ограждающей конструкции показана на рисунке:

Кладка из силикатного кирпича (ГОСТ 379) на ц.-п. р-ре, толщина δ₁=0.64м, коэффициент теплопроводности λ_А1=0.76Вт/(м°С), паропроницаемость μ₁=0.11мг/(м·ч·Па)

Условное сопротивление теплопередаче R₀, (м2°С/Вт) определим по формуле 8 СП 23-101-2004:

R₀=1/α_int+δ_n/λ_n+1/α_ext

где α_int - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций,

Вт/(м²°С), принимаемый по таблице 7 СНиП 23-02-2003

α_int=8.7 Вт/(м²°С)

α_ext - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкций для условий холодного периода, принимаемый по таблице 8 СП 23-101-2004

α_ext=23 Вт/(м²°С) -согласно п.1 таблицы 8 СП 23-101-2004 для наружных стен.

R₀=1/8.7+0.64/0.76+1/23=1м²°С/Вт

Приведенное сопротивление теплопередаче R₀^r, (м²°С/Вт) определим по формуле 11 СП 23-101-2004:

R₀^r=R₀ ·r

r -коэффициент теплотехнической однородности ограждающей конструкции, учитывающий влияние стыков, откосов проемов, обрамляющих ребер, гибких связей и других теплопроводных включений r =0.92

Тогда

R₀^r=1·0.92=0.92м²·°С/Вт

Вывод: величина приведённого сопротивления теплопередаче R₀^r меньше требуемого R_req (0.92<2.1), следовательно, представленная ограждающая конструкция не соответствует требованиям по теплопередаче.

Найдём минимальную толщину сплошной кладки, которая удовлетворяла бы требованию

Учитывая размеры кирпича, минимальная толщина стены должна быть 1690 мм.

Таким образом, стена без применения утеплителя будет очень толстой, материалоёмкой, дорогой и экономически нецелесообразной. Чтобы снизить эти показатели и обеспечить требования СНиП по энергосбережению, необходимо использовать утепляющий материал.

Определяем характеристику тепловой инерции стены D. Из пункта 2.4*

,

где термическое сопротивление отдельных слоев ограждающей конструкции.

расчетные коэффициенты теплоусвоения материала отдельных слоев ограждающих конструкций (прилож. 3)

По приложению 3 СНиП ׀׀-3-79* выпишем значения S для силикатного кирпича на ц/п растворе и ц/п штукатурке с учетом условий эксплуатации (Б)

При δ=640 мм

Таким образом, кладка массивная (); то есть требует введения легких заполнителей, которые бы снизили ее удельный вес и повысили эффективность.

Б) Расчет кирпичной стены со слоем из газосиликата

Найдём минимальную толщину слоя газосиликата, которая удовлетворяла бы требованию

Учитывая размеры блоков из газосиликата (100, 200, 400мм), принимаем толщину слоя 700мм.

Схема конструкции ограждающей конструкции показана на рисунке:

Кладка из силикатного кирпича (ГОСТ 379) на ц.-п. р-ре, толщина δ₁=0.12м, коэффициент теплопроводности λ_А1=0.76Вт/(м°С), паропроницаемость μ₁=0.11мг/(м·ч·Па)

Газосиликат (p=800кг/м.куб), толщина δ₂=0.7м, коэффициент теплопроводности λ_А2=0.33Вт/(м°С), паропроницаемость μ₂=0.14мг/(м·ч·Па)

Условное сопротивление теплопередаче R₀, (м2°С/Вт) определим по формуле 8 СП 23-101-2004:

R₀=1/8.7+0.12/0.76+0.7/0.33+1/23=2.44м²°С/Вт

Приведенное сопротивление теплопередаче R₀^r, (м²°С/Вт) определим по формуле 11 СП 23-101-2004:

R₀^r=R₀ ·r

r -коэффициент теплотехнической однородности ограждающей конструкции, учитывающий влияние стыков, откосов проемов, обрамляющих ребер, гибких связей и других теплопроводных включений r =0.92

Тогда

R₀^r=2.44·0.92=2.24м²·°С/Вт

Вывод: величина приведённого сопротивления теплопередаче R₀^r больше требуемого R_min (2.24 м²·°С/Вт >2.1 м²·°С/Вт), следовательно, представленная ограждающая конструкция соответствует требованиям по теплопередаче.

Суммарная толщина стены получается 700+120=820мм. По расчетам видно, что применение газосиликата, как утеплителя, позволяет в 1,5 раза уменьшить толщину стены, однако даже в этом случае ее размеры остаются значительными.

В) Теплотехнический расчёт стены со слоем из пенополистирола

Найдем минимально необходимую толщину утеплителя из пенополистирола:

Учитывая возможную толщину листов, принимаем толщину слоя 100мм.

Схема конструкции ограждающей конструкции показана на рисунке:

1.Кладка из силикатного кирпича (ГОСТ 379) на ц.-п. р-ре, толщина δ₁=0.12м, коэффициент теплопроводности λ_А1=0.76Вт/(м°С), паропроницаемость μ₁=0.11мг/(м·ч·Па)

2.Пенополистирол ГОСТ 15588 (p=150кг/м.куб), толщина δ₂=0.1м, коэффициент теплопроводности λ_А2=0.052Вт/(м°С), паропроницаемость μ₂=0.05мг/(м·ч·Па)

3.Кладка из силикатного кирпича (ГОСТ 379) на ц.-п. р-ре, толщина δ₂=0.25м, коэффициент теплопроводности λ_А3=0.76Вт/(м°С), паропроницаемость μ₃=0.11мг/(м·ч·Па)

Условное сопротивление теплопередаче R₀, (м2°С/Вт) определим по формуле 8 СП 23-101-2004:

R₀=1/8.7+0.12/0.76+0.1/0.052+0.25/0.76+1/23

R₀=2.57м²°С/Вт

Приведенное сопротивление теплопередаче R₀^r, (м²°С/Вт) определим по формуле 11 СП 23-101-2004:

R₀^r=R₀ ·r

r -коэффициент теплотехнической однородности ограждающей конструкции, учитывающий влияние стыков, откосов проемов, обрамляющих ребер, гибких связей и других теплопроводных включений r =0.92

Тогда

R₀^r=2.57·0.92=2.36м²·°С/Вт

Вывод: величина приведённого сопротивления теплопередаче R₀^r больше требуемого R_min(2.36>2.1), следовательно представленная ограждающая конструкция соответствует требованиям по теплопередаче.

Таким образом, пенополистирол толщиной 100 мм обеспечивает нормативную теплоизоляцию данной конструкции.

Сравнивая значения ширины пенополистирола и газосиликата, можно сделать вывод, что использование пенополистирола эффективнее. Это позволяет значительно снизить толщину стены и ее массу, уменьшить стоимость возведения ограждающей конструкции жилого дома.

Для наиболее рационального варианта выполняем все дальнейшие расчеты.

Г) Расчет паропроницаемости

Согласно СНиП 23-02 (п. 9.1, примечание 3) плоскость возможной конденсации в многослойной конструкции совпадает с наружной поверхностью утеплителя т.е. слоя №2 Пенополистирол ГОСТ 15588 (p=150кг/м³)

Определим паропроницаемость R_vp, м²·ч·Па/мг, ограждающей конструкции (в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации)

R_vp=0.25/0.11+0.1/0.05=4.27м²·ч·Па/мг

Сопротивление паропроницанию R_vp, м²·ч·Па/мг, должно быть не менее нормируемых сопротивлений паропроницанию, определяемых по формулам (16) и (17) СНиП 23-02-2003, приведенных соответственно ниже:

R_vp1^req = (e_int - E)R_vp^e/(E - e_ext);

R_vp2^req = 0,0024z₀(e_int - E₀)/(p_wδ_wΔw_av + η),

где e_int - парциальное давление водяного пара внутреннего воздуха, Па, при расчетной температуре и относительной влажности этого воздуха, определяемое по формуле 18 СНиП 23-02-2003

е_int = (φ_int/100)E_int

E_int - парциальное давление насыщенного водяного пара, Па, при температуре t_int принимается по приложению С СП 23-101-2004: при t_int = 21°С E_int = 2488

Тогда e_int =(50/100)×2488=1244Па

Е - парциальное давление водяного пара, Па, в плоскости возможной конденсации за годовой период эксплуатации, определяемое по формуле Е = (Е₁z₁ + E₂z₂ + E₃z₃)/12,

где E₁, Е₂, Е₃ - парциальные давления водяного пара, Па, принимаемые по температуре t_i, в плоскости возможной конденсации, определяемой при средней температуре наружного воздуха соответственно зимнего, весенне-осеннего и летнего периодов;

z₁, z₂, z₃, - продолжительность, мес, соответственно зимнего, весенне-осеннего и летнего периодов, определяемая с учетом следующих условий:

а) к зимнему периоду относятся месяцы со средними температурами наружного воздуха ниже минус 5 °С;

б) к весенне-осеннему периоду относятся месяцы со средними температурами наружного воздуха от минус 5 до плюс 5 °С;

в) к летнему периоду относятся месяцы со средними температурами наружного воздуха выше плюс 5 °С.

Для определения t_i определим ∑R-термическое сопротивление слоя ограждения в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации

∑R=0.1/0.052+0.25/0.76=2.25м²·°С/Вт

Установим для периодов их продолжительность z_i, сут, среднюю температуру t _i, °С, согласно СНиП 23-01-99* и рассчитаем соответствующую температуру в плоскости возможной конденсации t_i, °С, по формуле (Э.5) СП 23-101-2004 для климатических условий населенного пункта Кострома

зима (январь, февраль, март, декабрь)

z₁=4мес;

t₁ =[(-11.8)+(-11.1)+(-5.3)+(-8.7)]/4=-9.2°С

t₁=21-(21-(-9.2))((0.115+2.25)0.92)/2.36=-6.8°С

весна-осень (апрель, октябрь, ноябрь)

z₂=3мес;

t₂ =[(3.2)+(3.2)+(-2.9)]/3=1.2°С

t₂=21-(21-(1.2))((0.115+2.25)0.92)/2.36=2.7°С

лето (май, июнь, июль, август, сентябрь)

z₃=5мес;

t₃ =[(10.9)+(15.5)+(17.8)+(16.1)+(10)]/5=14.1°С

t₃=21-(21-(14.1))((0.115+2.25)0.92)/2.36=14.6°С

По температурам (t₁, t₂, t₃) для соответствующих периодов года определим по приложению С СП 23-101-2004 парциальные давления(Е₁, Е₂, Е₃) водяного пара E₁=344 Па, E₂=742.8 Па, E₃=1662.6 Па,

Определим парциальное давление водяного пара Е, Па, в плоскости возможной конденсации за годовой период эксплуатации ограждающей конструкции для соответствующих продолжительностей периодов z₁, z₂, z₃

E=(344·4+742.8·3+1662.6·5)/12=993.1Па.

Сопротивление паропроницанию R_vp^e, м²·ч·Па/мг, части ограждающей конструкции, расположенной между наружной поверхностью и плоскостью возможной конденсации, определяется по формуле(79) СП 23-101-2004

R_vp^e=0.12/0.11=1.09м²·ч·Па/мг

Среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха e_ext, Па, за годовой период определяется по СНиП 23-01-99(таблица 5а)

е_ext=(250+260+360+580+860+1230+1490+1380+1020+670+460)/12=713Па

По формуле (16) СНиП 23-02-2003 определим нормируемое сопротивление паропроницанию из условия недопустимости накопления влаги за годовой период эксплуатации согласно п.9.1а

R_vp1^req=(1244-993.1)1.09/(993.1-713)=0.98м2·ч·Па/мг

Для расчета нормируемого сопротивления паропроницанию R_vp2^req из условия ограничения влаги за период с отрицательными средними месячными температурами наружного воздуха берем определенную по таблице 1 СНиП 23-01-99 продолжительность этого периода z₀, сут, среднюю температуру этого периода t₀, °C: z₀ =154сут, t₀=-7.4⁰C

Температуру t₀, °С, в плоскости возможной конденсации для этого периода определяют по формуле (80) СП 23-101-2004

t₀=21-(21-(-7.4)·(0,115+2.25)0.92)/2.36=-5.2°С

Парциальное давление водяного пара Е₀, Па, в плоскости возможной конденсации определяют по приложению С СП 23-101-2004 при t₀ =-5.2°С равным Е₀ =395Па

Согласно СНиП 23-02-2003 в многослойной ограждающей конструкции увлажняемым слоем является утеплитель, в данном расчете Пенополистирол ГОСТ 15588 (p=150кг/м.куб). Предельно допустимое приращение расчетного массового отношения влаги в этом материале согласно СНиП 23-02-2003 Δw_av =25%. Средняя упругость водяного пара наружного воздуха периода месяцев с отрицательными средними месячными температурами, для t₀=-7.4°С, согласно приложению С СП 23-101-2004 равна e_0ext=327 Па.

Коэффициент η определяется по формуле (20) СНиП 23-02-2003.

η=0.0024(395-327)154/1.09=23.1

Определим R_vp2^req по формуле (17) СНиП 23-02-2003

R_vp2^req=0.0024·154(1244-395)/(150·0.1·25+23.1)=1.15 м2·ч·Па/мг.

Вывод: Условие паропроницаемости выполняются

R_vp>R_vp1^req (4.27>0.98), R_vp>R_vp2^req (4.27>1.15)

Расчет распределения парциального давления водяного пара по толще стены и определение возможности образования конденсата в толще стены (расчет точки росы)

Для проверки конструкции на наличие зоны конденсации внутри стены определяем сопротивление паропроницанию стены R_vp по формуле (79) СП 23-101-2004(здесь и далее сопротивлением влагообмену у внутренней и наружной поверхностях пренебрегаем).

R_vp=0.12/0.11+0.1/0.05+0.25/0.11=5.36 м²·ч·Па/мг.

Определяем парциальное давление водяного пара внутри и снаружи стены по формуле(Э.З) и приложению С СП 23-101-2004

t_int=21°С; φ_int=50%;

e_int=(50/100)×2488=1244Па;

t_ext=-11.8°С

где t_ext - средняя месячная температура наиболее холодного месяца в году принимаемая по таблице 3 СНиП 23-01-99*.

φ_ext =85%;

где φ_ext - средняя месячная относительная влажность воздуха наиболее холодного месяца, принимаемая по таблице 1 СНиП 23-01-99*.

e_ext=(85/100)×221=221Па

Определяем температуры t_i на границах слоев по формуле (Э.5) СП 23-101-2004, нумеруя от внутренней поверхности к наружной, и по этим температурам - максимальное парциальное давление водяного пара Е_i по приложению С СП 23-101-2004:

t₁=21-(21-(-11.8))·(0.115)·0.92/2.36=19.5°С;

e_int1=2267.5Па

t₂=21-(21-(-11.8))·(0.115+0.33)·0.92/2.36=15.3°С;

e_int2=1738.6Па

t₃=21-(21-(-11.8))·(0.115+2.25)·0.92/2.36=-9.2°С;

e_int3=279Па

t₄=21-(21-(-11.8))·(0.115+2.41)·0.92/2.36=-11.3°С;

e_int4=231Па

Рассчитаем действительные парциальные давления e_i водяного пара на границах слоев по формуле

e_i = e_int-(е_int-е_ext)∑R/R_vp

где ∑R - сумма сопротивлений паропроницанию слоев, считая от внутренней поверхности. В результате расчета получим следующие значения:

e₁=1244Па

e₂=1244-(1244-(221))·(2.27)/5.36=810.8Па;

e₃=1244-(1244-(221))·(4.27)/5.36=429Па;

e₄=221Па

– – – – распределение действительного парциального давления водяного пара e

–––––– распределение максимального парциального давления водяного пара Е

Вывод: Кривые распределения действительного и максимального парциального давления пересекаются. Возможно выпадение конденсата в конструкции стены.

В кладке с утеплителем зона возможной конденсации и точка росы находиться в утеплителе, то есть они не затрагивают кирпичную кладку, а значит стена не подвергается разрушению, следовательно, ограждающая конструкция с утеплителем удовлетворяет требованиям СНиП по: сопротивлению теплопередаче; сопротивлению воздухопроницанию; расположению зоны возможной конденсации влаги.

Исходные данные: Всвязи с неудовлетворительным тепло-влажностным режимом здания необходимо произвести утепление его стен и мансардной крыши. С этой целью выполнить расчеты термического сопротивления, теплоустойчивости, воздухо- и паропроницаемости ограждающих конструкций здания с оценкой возможности конденсации влаги в толще ограждений. Установить необходимую толщину теплоизоляционного слоя, необходимость применения ветро- и пароизоляции, порядок расположения слоев в конструкции. Разработать проектное решение, отвечающее требованиям СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» к ограждающим конструкциям. Расчеты выполнить в соответствии со сводом правил по проектированию и строительству СП 23-101-2004 "Проектирование тепловой защиты зданий".

Общая характеристика здания. Двухэтажное жилое здание с мансардой расположено в Ленинградской области. Общая площадь наружных ограждающих конструкций — 585,4 м²; общая площадь стен 342,5 м²; общая площадь окон 51,2 м²; площадь крыши – 386 м²; высота подвала — 2,4 м.

Конструктивная схема здания включает несущие стены, железобетонные перекрытия из многопустотных панелей, толщиной 220 мм и бетонный фундамент. Наружные стены выполнены из кирпичной кладки и оштукатурены изнутри и снаружи строительным раствором слоем около 2 см.

Покрытие здания имеет стропильную конструкцию со стальной фальцевой кровлей, выполненной по обрешетке с шагом 250 мм. Утеплитель толщиной 100 мм выполнен из минераловатных плит, уложенных между стропилами.

В здании предусмотрено стационарное электро-теплоаккумуляционное отопление. Подвал имеет техническое назначение.

Климатические параметры. Согласно СНиП 23-02-2003 и ГОСТ 30494-96 расчетную среднюю температуру внутреннего воздуха принимаем равной

t_int = 20 °С.

Согласно СНиП 23-01-99 принимаем:

1) расчетную температуру наружного воздуха в холодный период года для условий Ленинградской области t_ext = -29 °С;

2) продолжительность отопительного периода z_ht = 228 сут.;

3) среднюю температуру наружного воздуха за отопительный период t_ht = -2,9 °С.

Коэффициенты теплоотдачи. Значения коэффициента теплоотдачивнутренней поверхности ограждений принимаем:для стен, полов и гладких потолков α _int = 8,7 Вт/(м²·ºС).

Значения коэффициента теплоотдачи наружнойповерхности ограждений принимаем:для стен и покрытий α _ext =23; перекрытий чердачных α _ext =12 Вт/(м²·ºС);

Нормируемое сопротивление теплопередаче. Градусо-сутки отопительного периода G_d определяются по формуле (1)

G_d = 5221 °С·сут.

Поскольку значение G_d отличается от табличных значений, нормативное значение R_req определяем по формуле (2).

Согласно СНиП 23-02-2003 для полученного значения градусо-суток нормируемое сопротивление теплопередаче R_req, м²·°С/Вт, составляет:

- для наружных стен 3,23;

- покрытий и перекрытий над проездами 4,81;

- ограждений над неотапливаемыми подпольями и подвалами 4,25;

- окон и балконных дверей 0,54.

Теплотехнический расчет наружных стен

Сопротивление наружных стен теплопередаче. Наружные стенывыполнены из пустотелого керамического кирпича и имеют толщину 510 мм. Стены оштукатурены изнутри известково-цементным раствором толщиной 20 мм, снаружи – цементным раствором той же толщины.

Характеристики данных материалов – плотность γ₀, коэффициент теплопроводности в сухом состоянии l₀ и коэффициент паропроницаемости μ – принимаем по табл. П.9 приложения. При этом в расчетах используем коэффициенты теплопроводности материалов l _W для условий эксплуатации Б, (для влажных условий эксплуатации), которые получаем по формуле (2.5). Имеем:

- для известково-цементного раствора

γ₀ = 1700 кг/м³,

l₀=0,52,

l _W =0,52(1+0,168·4)=0,87 Вт/(м·°С),

μ=0,098 мг/(м·ч·Па);

- для кирпичной кладки из пустотелого керамического кирпича на цементно-песчаном растворе

γ₀ = 1400 кг/м³,

l₀=0,41,

l _W =0,41(1+0,207·2)=0,58 Вт/(м·°С),

μ=0,16 мг/(м·ч·Па);

- для цементного раствора

γ₀ = 1800 кг/м³,

l₀=0,58,

l _W =0,58(1+0,151·4)=0,93 Вт/(м·°С),

μ=0,09 мг/(м·ч·Па).

Сопротивление теплопередаче стены без утепления равно

R _о = 1/8,7 + 0,02/0,87 + 0,51/0,58 + 0,02/0,93 + 1/23 = 1,08 м²·°С/Вт.

При наличии оконных проемов, образующих откосы стены, коэффициент теплотехнической однородности кирпичных стен, толщиной 510 мм принимаем r = 0,74.

Тогда приведенное сопротивление теплопередаче стен здания, определяемое по формуле (2.7), равно

R^r _о=0,74·1,08=0,80 м²·°С/Вт.

Полученное значение намного ниже нормативного значения сопротивления теплопередаче, поэтому необходимо устройство наружной теплоизоляции и последующее оштукатуривание защитным и декоративным составами штукатурного раствора с армированием стеклосеткой.

Для возможности просыхания теплоизоляции закрывающий ее штукатурный слой должен быть паропроницаемым, т.е. пористым с малой плотностью. Выбираем поризованный цементно-перлитовый раствор, имеющий следующие характеристики:

γ₀ = 400 кг/м³,

l₀ = 0,09 Вт/(м·°С),

l _W =0,09(1+0,067·10)=0,15 Вт/(м·°С),

m = 0,53 мг/(м·ч·Па).

Суммарное сопротивление теплопередаче добавляемых слоев теплоизоляции R _т и штукатурной обделки R _ш должно быть не менее

R _т+ R _ш=3,23/0,74-1,08=3,28 м²·°С/Вт.

Предварительно (с последующим уточнением) принимаем толщину штукатурной обделки 10 мм, тогда сопротивление ее теплопередаче равно

R _ш=0,01/0,15=0,067 м²·°С/Вт.

При использовании для теплоизоляции минераловатных плит производства ЗАО «Минеральная вата» марки Фасад Баттс r₀=145 кг/м³, l₀=0,033, l _W =0,045 Вт/(м·°С) толщина теплоизоляционного слоя составит

δ=0,045·(3,28-0,067)=0,145 м.

Плиты Rockwool выпускаются толщиной от 40 до 160 мм с шагом 10 мм. Принимаем стандартную толщину теплоизоляции 150 мм. Таким образом, укладка плит будет производиться в один слой.

Расчетная схема стены представлена на рис. 1. Характеристика слоев стены и общее сопротивление стены теплопередаче без учета пароизоляции приведены в табл. 1

Таблица 1

№ слоя	Материал слоя	Плотность γ0, кг/м^3	Толщина δ, м	Расчетный коэффициент теплопроводности λ W, Вт/(м К)	Расчетное сопротивление теплопередаче R, м^2·°С)/Вт
	Внутренняя штукатурка (известково-цементный раствор)		0,02	0,87	0,023
	Кладка из пустотного керамического кирпича		0,51	0,58	0,879
	Внешняя штукатурка (цементный раствор)		0,02	0,93	0,022
		Минераловатный утеплитель ФАСАД БАТТС		0,15	0,045	3,333
		Штукатурка защитно-декоративная (цементно-перлитовый раствор)		0,01	0,15	0,067
	Сумма	0,675	-	4,32

Сопротивление теплопередаче стен здания после утепления составит:

R _o = 1/8,7+4,32+1/23=4,48 м²·°С/Вт.

С учетом коэффициента теплотехнической однородности наружных стен (r = 0,74) получаем приведенное сопротивление теплопередаче

R _o ^r = 4,48·0,74=3,32 м²·°С/Вт.

Полученное значение R _o ^r = 3,32 превышает нормативное R_req =3,23, так как фактическая толщина теплоизоляционных плит больше расчетной. Такое положение отвечает первому требованию СНиП 23-02-2003 к термическому сопротивлению стены – R _о ≥ R_req.

Проверка выполнения требований по санитарно-гигиеническим и комфортным условиям в помещении. Расчетный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности стены Δ t ₀ составляет

Δ t ₀= n (t_int – t_ext)/(R _o ^r ·α _int)=1,0(20+29)/(3,32·8,7)=1,7 ºС.

Согласно СНиП 23-02-2003 для наружных стен жилых зданий допустим перепад температуры не более 4,0 ºС. Таким образом, второе условие (Δ t ₀≤Δ t_n) выполнено.

Проверим третье условие (τ_int > t _рос), т.е. возможна ли конденсация влаги на внутренней поверхности стены при расчетной температуре наружного воздуха t_ext = -29 °С. Температуру внутренней поверхности τ_int ограждающей конструкции (без теплопроводного включения) определяем по формуле:

τ _int = t_int –Δ t ₀=20–1,7=18,3 °С.

Упругость водяного пара в помещении е_int равна

е_int = φ _int×Е/ 100=55·2102/100=1156 Па,

Точка росы при максимальной упругости пара 1156 Па составляет t _рос = 9,1 °С.

Поскольку τ_int > t _рос, то условие отсутствия конденсации пара на внутренней поверхности наружной стены выполняется.

Теплоустойчивость стен в холодный период года. Поскольку в здании предусмотрено стационарное электро-теплоаккумуляционное отопление, то согласно СНиП 23-02-2003 нормируемое значение амплитуды суточных колебаний температуры составляет А_t^req =2,5 ºС.

Для материала каждого слоя определяем коэф­фициент теплоусвоения материала s по формуле (3.1) и показатель тепловой инерции D по формуле (3.3). Результаты расчета сводим в табл. 2.

Таблица 2

Дата добавления: 2017-01-14