Уважаемые господа!

advertisement
Уважаемые господа!
Я постараюсь объяснить, как проводится расчет распределения температур в любой
многослойной ограждающей конструкции (стене) и требуемый уровень ее тепловой
защиты. Если вы любознательны и вас интересуют понятия, используемые в теории
теплопередачи, стоит прочитать все с самого начала. Если вы считаете, что вы и так
поймете все или попробуете понять все без дополнительной информации, рекомендую
пропустить раздел 1 и возможно 2. Попробуйте перейти к разделу 3 и разобраться в
приведенном расчете по СП 23-101-2000
I. Основные понятия и уравнения теплопередачи
Перемещение теплоты в какой-либо среде возможно при условии, что температура в отдельных ее
местах неодинакова. Разность температур в среде — необходимое условие для возникновения в ней
теплопередачи, при этом перемещение теплоты происходит в направлении более низкой температуры.
При разности температур воздуха внутри и снаружи здания происходит теплопередача через наружные
ограждающие конструкции. Зимой в отапливаемых зданиях теплопередача происходит через наружные
ограждения из здания; теряемая при этом зданием теплота возмещается теплотой, подаваемой различными
системами отопления. В зданиях холодильников в летний период теплопередача происходит в обратном
направлении, т. е. внутрь здания. В холодильниках требуемая температура воздуха поддерживается
холодильными машинами, в других зданиях — при помощи вентиляции, в зданиях специального назначения
— системами кондиционирования воздуха
Различают три вида теплопередачи: теплопроводностью, за счет конвекции и излучением. Передача
теплоты теплопроводностью может происходить в твердой, жидкой и газообразной средах, однако в
чистом виде она наблюдается только в сплошных твердых телах.
В твердых телах (диэлектриках) и в жидкостях энергия переносится упругими волнами, в газах —
диффузией атомов или молекул, а в металлах — диффузией электронов. Подавляющее большинство
строительных материалов представляет собой пористые тела, в порах которых возможны все виды
теплопередачи; однако при теплотехнических расчетах можно считать, что распространение теплоты в
материалах происходит лишь по законам теплопроводности.
За счет конвекция передача теплоты может осуществляться лишь в жидкой и газообразной средах.
Конвекция представляет собой перенос теплоты движущимися частицами жидкости или газа. Различают
два вида конвекции: естественную, при которой движение частиц среды обусловливается разностью
температур, а, следовательно, и неодинаковой плотностью среды, и вынужденную, при которой
движение частиц вызывается внешними воздействиями (перемешивание среды, продувание воздуха
вентилятором и пр.).
Излучение может происходить в газообразной среде или в пустоте. Тепловое излучений
представляет собой перенос энергии в виде электромагнитных волн между взаимно излучающими
поверхностями. При этом происходит двойное превращение энергии: тепловой в лучистую на
поверхности тела, излучающего теплоту, и лучистой в тепловую на поверхности тела, поглощающего
лучистую теплоту.
При передаче теплоты через ограждающие конструкции зданий теплопередача осуществляется
главным образом теплопроводностью. Теплопередача и излучением происходит в воздушных прослойках,
а также у поверхностей, отделяющих конструкцию от внутреннего и наружного воздуха.
1.1. Теплопроводность.
Аналитическая теория теплопроводности игнорирует молекулярное строение вещества и рассматривает
его как сплошную массу.
Для вывода дифференциального уравнения теплопроводности рассмотрим сначала случай одномерной
задачи, т. е. когда движение теплоты происходит только в направлении одной из осей координат,
например, при передаче теплоты через неограниченно протяженную плоскую стенку. Выделим внутри
такой стенки бесконечно тонкий слой толщиной dх, в котором температура изменяется на величину dT. Если
бы температура слоя не изменялась во времени, т. е. при стационарном тепловом потоке, то количество
теплоты Q1, проходящей через 1 м2 этого слоя в течение 1 с, определялось бы по следующей формуле:
Q1= -λ dT/dx,
где λ — коэффициент теплопроводности среды, Вт/(м>0С).
Отношение dT/dx носит название градиента температуры и имеет размерность °С/м. Знак минус в правой
части уравнения поставлен потому, что движение теплоты происходит в направлении понижения
температуры (отрицательный градиент температуры).
В общем случае (нестационарные условия теплопередачи) величина теплового потока при прохождении
его через выделенный слой будет изменяться. Для определения величины изменения теплового потока по
толщине слоя нужно предыдущее уравнение продифференцировать по dх, тогда получим
dQ1/dx= d/dx(-λ dT/dx)= - λ d²T/dx²
Изменение величины теплового потока связано с поглощением или выделением теплоты слоем при
изменении его температуры во времени. Количество теплоты dQ2, необходимое для повышения температуры
слоя толщиной dx. на dT градусов за промежуток времени dt, будет пропорционально теплоемкости слоя,
равной сγdх, т. е.
dQ2= -с*γ*dх*dT/dt,
где γ - удельный вес материала кг/м³; с— удельная теплоемкость материала слоя, кДж/(кг • °С).
Знак минус в правой части этого уравнения поставлен потому, что повышение температуры слоя
связано с поглощением им теплоты и уменьшением величины теплового потока (dQ2- отрицательная
величина).
Последнее уравнение может быть написано в частных производных в виде
∂Q2/∂x==-с*γ*∂T/∂t
или
∂T/∂t= a *∂²T/∂x², - уравнение Фурье
(1)
где a = λ/(с*γ) показывает изменение величины теплового потока по толщине слоя в результате
аккумулирования им теплоты.
a = λ/(с*γ)- носит название «коэффициент температуропроводности» материала, обозначается буквой
а и имеет размерность м2/с.
Физический смысл уравнения (1) заключается в следующем. Левая часть уравнения представляет
изменение температуры среды во времени. Производная, стоящая в правой части уравнения, дает
пространственное изменение градиента температуры. Следовательно, уравнение (1) показывает, что в
каждой точке среды изменение температуры во времени пропорционально пространственному изменению
градиента температуры.
Физический смысл a состоит в том, что он характеризует скорость выравнивания температуры в
различных точках среды. Чем больше будет величина a, тем скорее все точки какого-либо тела при его
остывании или нагреве достигнут одинаковой температуры.
Все процессы остывания и нагрева в телах с разными параметрами ai будут подобными (одинаковые
значения Ti =Ti/T начi, где T начi – начальное значение температуры) если для заданных толщин тел Δi
выбирать время ti из зависимости
Fo= ti* ai/ Δi²= const - критерий Фурье
Решение задач, связанных с передачей теплоты теплопроводностью, сводится к интегрированию
дифференциального уравнения Фурье (1), при этом для того чтобы найти постоянные интегрирования,
необходимо знать граничные условия.
Граничные условия разделяются на временные и пространственные (условия на границах тела - двух
границах).
Временные граничные условия состоят в задании начального распределения температуры, т. е.
распределения температуры в момент времени T( t = 0)=П(Х).
Пространственные граничные условия
относятся к поверхностям, ограничивающим данную среду.
Различают три рода граничных условий.
Граничное условие I рода — заданы распределение температуры на поверхности и ее изменение во
времени.
Для одномерного распределения температур
T(х=а)=F1(t) и T(х=в)=F2(t),
где а и в координаты границ тела;
F1(t) и F2(t) распределение температур во времени на границах а и в соответственно. Это условие является
наиболее простым, но в практике встречается редко.
Граничное условие II рода — заданы величины теплового потока, проходящего через поверхность, и его
изменения во времени.
Q1(t)= -λ ∂T/∂x при х =а,
Q2(t)= -λ ∂T/∂x при х =в,
где Q1(t) и Q2(t)- тепловые потоки на границах тела а и в соответственно.
Граничное условие III рода — заданы температура среды, окружающей поверхности (обычно воздуха или
жидкости) и закон теплообмена между поверхностью и окружающей средой. Это граничное условие
наиболее сложное и вместе с тем наиболее распространенное в практике.
-λ ∂T/∂x= αi*(T-Ti окр) - для конвективного теплообмена на границах тела а и в с температурами
окружающей среды Ti окр
Аналитическое решение дифференциальных уравнений теплопроводности представляет собой сложные
математические задачи, которые в настоящее время могут быть решены с применением ЭВМ.
В частности, к числу задач, имеющих значение для строительного проектирования, стоит отнести задачи:
1) остывания и нагревания однородной и многослойной плоской стенки в окружающей среде с постоянной
температурой;
2) изменения во времени температуры в стенке любой конструкции при заданных колебаниях температуры
окружающего воздуха;
3) изменения во времени температуры в стенке произвольной конструкции при мгновенном изменении
температуры на ее поверхности;
И т.п.
Значительно упрощается решение задач теплопередачи в частном случае при стационарных условиях.
Стационарные условия теплопередачи характеризуются постоянством температуры среды во времени, при
этом постоянной оказывается и величина теплового потока. Действительные условия теплопередачи далеки
от стационарных, т. к. в натуре происходят колебания температуры наружного и внутреннего воздуха, а,
следовательно, и колебания величины теплового потока, проходящего через ограждающие конструкции
зданий. Однако в некоторых случаях с точностью, допустимой в практических расчетах, можно считать
теплопередачу через ограждающие конструкции стационарной. При этом температура воздуха в здании
принимается осредненной за некоторый период времени (например, за сутки), а для наружной
температуры устанавливается некоторое расчетное ее значение исходя из климатических условий
данной местности и массивности ограждения. По стационарным условиям теплопередачи
определяются: потери теплоты зданием для установления требуемой мощности системы отопления,
необходимые теплозащитные качества наружных ограждений, распределение температуры в ограждении и
пр.
В стационарных условиях теплопередачи температура в любых точках среды остается постоянной
во времени, следовательно, в уравнении (1) при этом будем иметь dT/dt=0, а т. к., в общем случае, а не
равно нулю, то нулю должно быть равно выражение, стоящее в скобках в правой части уравнения, т. е. для
этого случая получим дифференциальное уравнение Лапласа:
∂²T/∂x²+∂²T/∂y²+∂²T/∂z²=0
(2)
Это дифференциальное уравнение температурного поля в стационарных условия теплопередачи, дающее
решение задачи о распределении температуры в данной среде. Физический смысл уравнения (2) будет ясен,
если каждое из слагаемых его левой части умножить на величину коэффициента теплопроводности среды λ,
тогда каждое из слагаемых будет представлять собой величину изменения теплового потока в данной точке
поля по одной из осей координат. Следовательно, сумма изменений величины теплового потока в любой
точке поля должна быть равной нулю. Или, другими словами, сумма количеств теплоты, притекающей к
данной точке по всем направлениям, должна быть равна нулю. Это — основное условие так называемого
тепловогобаланса.
Для одномерной задачи — при передаче теплоты через плоскую стенку из однородного материала получим,
∂²T/∂x²=0 (3)
Решением данного уравнение является следующее выражение
Т= а*Х+в
(4)
т. е. в однородной плоской стенке при стационарном режиме теплопередачи распределение температуры
по толщине стенки является прямой линией.
Т вн- температура стенки при Х= 0
T нар - температура стенки при Х=
Δ
Δ
Tвн
T
Tнар
Х
В многослойной стенке из N однородных материалов распределение температур имеет характер набора
прямых линий внутри каждого слоя
Ti=ci*X+bi, i=1…N
(4.1)
На границах сопряжения слоев внутри стенки выполняются условия идеального теплового контакта:
- равенства температур на каждой i-ой границе
Ti=Ti+1, i=1…N-1
- равенство тепловых потоков на каждой i-ой границе ci= ci+1, i=1…N-1
T
Твн
Тнар
Х
1.2. Теплопередача конвекцией.
При обмене теплоты между жидкостью или газом и поверхностью твердого тела одновременно с
конвекцией происходит и передача теплоты теплопроводностью в жидкой или газообразной среде.
Совместное воздействие конвекции и теплопроводности носит название «конвективного теплообмена».
При конвекции передача теплоты связана с молярным переносом жидкости или газа, что сильно усложняет
явление этого вида теплопередачи. Количество теплоты, передаваемой конвекцией, зависит от характера
движения жидкой или газообразной среды, ее плотности, вязкости и температуры, состояния поверхности
твердого тела, величины температурного перепада между жидкостью или газом и поверхностью и пр.
Применение математического анализа в большинстве случаев ограничивается лишь составлением
дифференциальных уравнений и установлением граничных условий. Решение этих уравнений возможно
лишь для некоторых частных случаев и при целом ряде упрощающих предпосылок. Поэтому при
изучении процессов конвективного теплообмена большое значение имеют эксперимент и обработка его
результатов на основании теории подобия.
В практических расчетах для определения теплового потока Q Вт, передаваемого при конвективном
теплообмене между жидкостью или газом и поверхностью твердого тела, пользуются формулой
Q=αk*F*(Tв-Tп)
(5)
F
где αk — коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/(м2 • °С); — площадь поверхности твердого тела, м2;
Tв — температура жидкости или газа, °С; Tп — температура поверхности, °С.
Коэффициент теплоотдачи конвекцией αk показывает количество теплоты в Дж, передаваемой в
течение секунды от жидкости или газа к 1 м2 поверхности твердого тела при разности температур в 1 °С
между жидкостью или газом и поверхностью.
2.Теплопередача при стационарном тепловом потоке
Стационарные условия теплопередачи характеризуются постоянством во времени величины теплового
потока и температуры ограждения (см. главу I). При стационарном режиме теплопередачи все
теплотехнические расчеты значительно упрощаются. Поэтому обычно при теплотехнических расчетах
наружных ограждений зданий принимается, что теплопередача происходит при стационарном тепловом
потоке. В некоторых случаях, когда расчеты для стационарных условий дают слишком резкие отклонения от
действительных, учитывается изменение во времени величины теплового потока и температуры ограждения
(глава V).
Большинство наружных ограждений зданий представляет собой плоские стены, т. е. параллельные
плоскости, ограждающие здание с обеих сторон. Поэтому в дальнейшем все изложенное будет относиться к 1
м2 плоских стен неограниченного протяжения, т. е. к участкам их, достаточно удаленным от проемов или мест
примыкания к другим ограждающим конструкциям. Расчет теплопередачи ограждений, имеющих выступы
или углы, или в местах примыкания их к другим ограждениям делается на основании построения их
температурных полей, о чем сказано далее. Своды или стены, имеющие в плане круговое очертание, имеют
обычно настолько большие радиусы кривизны, что их можно рассматривать как плоские стенки.
Количество теплоты, проходящей через ограждение, пропорционально разности температур воздуха с
одной и с другой стороны ограждения, площади ограждения и времени, в течение которого происходит
передача теплоты, и, кроме того, зависит от теплотехнических свойств самого ограждения. Количество
теплоты Q, передаваемой ограждением, определяется по формуле
Q=k*(Tвн-Тн)*F*t
где k — коэффициент, зависящий от теплотехнических свойств ограждения и называемый коэффициентом
теплопередачи, Вт/(м2 • °С); Tвн — температура воздуха с внутренней стороны ограждения, °С; Тн — температура
воздуха с наружной стороны ограждения, °С; F — площадь ограждения, м2; t — продолжительность передачи
теплоты, с.
Для выяснения физического смысла коэффициента теплопередачи ограждения положим в формуле, что Tвн-Тн
= 1°С, F = 1 м2, t = 1 с, тогда k = Q, Следовательно, коэффициент теплопередачи ограждения измеряется
количеством теплоты, Дж, которое будет проходить в течение 1 с через 1 м2 ограждения при разности
температур воздуха с одной и с другой его стороны, равной 1 °С.
Если вместо температур воздуха с одной и с другой стороны ограждения будут известны температуры на
поверхностях ограждения, то формула Q примет вид:
Q=Λ*(Tпов вн-Тпов н)*F*t
где Λ — коэффициент, зависящий от теплотехнических свойств ограждения и называемый коэффициентом
теплопроницания ограждения, ВтДм2 • °С); Tпов вн — температура внутренней поверхности ограждения, °С; тн
— температура наружной поверхности ограждения, °С.
Размерность коэффициента теплопроницания, Вт/(м2- °С), одинакова с размерностью коэффициента
теплопередачи, разница между ними только в том, что k относится к 1 °С разности температур воздуха с
одной и с другой стороны ограждения, а Λ— к 1 °С разности температур на одной и другой поверхности
ограждения.
Тепловой поток, проходящий через ограждение, встречает некоторое сопротивление, которое
характеризуется величиной, обратной коэффициенту теплопередачи, носящей название сопротивления
теплопередаче и обозначаемой К0. Таким образом,
R0 = 1/ k и обратно k = 1/ R0; следовательно, R0 имеет размерность м2 • °С/Вт.
Сопротивление теплопередаче ограждения выражается разностью температур воздуха с одной и с
другой стороны ограждения, при которой тепловой поток через 1 м2 ограждения равняется 1 Вт.
Чем больше R0, тем большей должна быть разность температур воздуха с одной и с другой стороны ограждения,
чтобы создать тепловой поток через него, равный 1 Вт/м2. Следовательно, R0 есть величина, оценивающая
теплозащитные свойства ограждения.
Величина, обратная коэффициенту теплопроницания ограждения, называется его термическим
сопротивлением R; таким образом, R =1/ Λ и обратно Λ = R.
Размерность термического сопротивления, м2*°С/Вт, одинакова с размерностью сопротивления
теплопередаче, разница лишь в том, что сопротивление теплопередаче R0 выражается разностью температур
воздуха с одной и с другой стороны ограждения, а термическое сопротивление R — разностью температур на
одной и другой поверхности ограждения.
При проектировании наружных ограждений зданий экономически целесообразно придавать им
наибольшие (из возможных) значения R0, а, следовательно, и малые значения k, что уменьшает расходы на
отопление здания и создает в нем лучшие санитарно-гигиенические условия.
При теплотехнических расчетах наружных ограждений удобнее определять не k, а величину R0, т. к.
соответствующие формулы при этом принимают более простой вид. Поэтому в дальнейшем будем
пользоваться выражениями сопротивлений, оказываемых ограждением тепловому потоку.
2.1. Расчет сопротивления теплопередаче ограждений
При разности температур воздуха с одной и с другой стороны ограждения температурная линия
непрерывно понижается. Графически изменение температуры при прохождении теплового потока через
плоскую однородную стенку показано на рис.
Твоз вн
Tвн
Tвнеш
Твоз.нар
Воздух с внутренней стороны стены имеет температуру Твоз вн, а с наружной стороны Твоз.нар,
причем Твоз вн > Твоз.нар
Температурная линия показывает, что падение температуры происходит не только в толще самой стены,
но и у ее поверхностей, Так как падение температуры при прохождении теплового потока вызывается
термическими сопротивлениями, то из температурной кривой видно, что сопротивление теплопередаче
ограждения состоит из трех отдельных сопротивлений:
1) сопротивления при переходе теплоты от внутреннего воздуха к внутренней поверхности ограждения;
это сопротивление называется сопротивлением тепловосприятию Rв и вызывает температурный перепад
Твоз вн - Tвн
2) сопротивление при прохождении теплоты через толщу самого ограждения; это сопротивление
называется термическим сопротивлением ограждения R и вызывает температурный перепад
Tвн — Tвнеш
3) сопротивление при переходе теплоты от наружной поверхности к наружному воздуху; это
сопротивление называется сопротивлением теплоотдаче Rн и вызывает температурный перепад
Tвнеш — Твоз.нар.
Таким образом, сопротивление теплопередаче ограждения может быть выражено как сумма этих
сопротивлений:
R = Rв +R +Rн
Сопротивления тепловосприятию и теплоотдаче объединяют общим названием сопротивлений
теплоотдаче у внутренней и наружной поверхностей, а иногда просто—
сопротивлением
теплопереходу. Размерность этих сопротивлений та же, что и сопротивления теплопередаче, т. е. м2 •
°С/Вт. Они выражаются разностью температур, которую необходимо создать между воздухом и
поверхностью ограждения, чтобы тепловой поток между воздухом и поверхностью был равен 1 Вт/м2.
Величины, обратные сопротивлениям теплопереходу, называются коэффициентами теплоотдачи и
обозначаются: коэффициент теплоотдачи у внутренней
поверхности αв и коэффициент теплоотдачи у наружной поверхности αн, причем αв = 1/ Rв и αн, =1/ Rн.
Размерность этих коэффициентов Вт/(м2 • °С); они выражают тепловой
поток в Вт/м2, проходящий между воздухом и поверхностью ограждения при разности температур
между ними, равной 1 °С.
Если известны значения коэффициентов теплоотдачи α и перепады температур между воздухом и
поверхностью ограждения Δt, то тепловой поток Q, Вт/м2, проходящий через 1 м2 ограждения в 1 с,
определится по формуле, аналогичной:
Q= α* Δt
Передача теплоты к поверхности ограждения или отдача ею теплоты осуществляется конвекцией с
прилегающим воздухом.
Характер передачи теплоты конвекцией различен у внутренней и у наружной поверхностей ограждения.
У внутренней поверхности ограждения — естественная конвекция, вызываемая разностью температур
воздуха и поверхности.У наружной поверхности ограждения — вынужденная конвекция, вызываемая
действием ветра. Поэтому и формулы для определения αк будут разными для внутренней и для наружной поверхности ограждения.
СНиП «Строительная теплотехника» устанавливает расчетные величины коэффициентов и
сопротивлений теплоотдаче, приведенные в табл..
Таблица
!
Значеения коэффициентов
Поверхности
ограждений
и
их
αв или αн, Вт/(м2
расположение
• °С)
Внутренние поверхности стен и полов, а
8,7
также потолков, имеющих гладкую
поверхность
Потолки, имеющие кессоны или
7,6
ребристую поверхность
Наружные поверхности, граничащие
23
непосредственно с наружным воздухом
Наружные поверхности, выходящие на
12
чердак
Наружные поверхности, выходящие в
5,8
замкнутые помещения, кроме чердачных
Термическое сопротивление ограждения
Если сопротивления теплоотдаче зависят, главным образом, от внешних факторов и лишь в
незначительной степени от материала поверхности ограждения, то термическое сопротивление
ограждения R зависит исключительно от теплопроводности материалов, составляющих ограждение, а
также от структуры самого ограждения.
Для определения R необходимо знать коэффициенты теплопроводности λ ,
материалов, составляющих ограждение, их расположение, а также размеры отдельных
элементов ограждения.
Если ограждение по толщине состоит из нескольких последовательно размещенных однородных слоев
различных материалов, расположенных перпендикулярно направлению теплового потока, то
термическое сопротивление ограждения будет равно сумме термических сопротивлений всех его слоев.
Следовательно, для многослойного ограждения термическое сопротивление его определяется по
формуле
R= R1+ R2+ R3+….+ Rn=δ1/ λ1 + δ2/ λ2 + δ3/ λ3 +…+ δn/ λn
где R1 R2,..., Rn — термические сопротивления отдельных слоев, м2 • °С/Вт; δ1; δ2,..., δn — толщины
отдельных слоев, м; λ1; λ2 ..., λn— коэффициенты теплопроводности материалов отдельных слоев, Вт/(м
• °С); n — число слоев, составляющих ограждение.
Формула показывает, что термическое сопротивление слоя ограждения прямо пропорционально его
толщине и обратно пропорционально коэффициенту теплопроводности его материала; термическое
сопротивление ограждения не зависит от порядка расположения слоев. Однако другие теплотехнические
показатели ограждения, как например, теплоустойчивость, распределение температуры в ограждении и
его влажностный режим, зависят от порядка расположения слоев.
Пользуясь формулой, можно определять либо термическое сопротивление данного ограждения, либо
толщину одного из его слоев (обычно из материала с наименьшим коэффициентом теплопроводности),
при которой ограждение будет иметь заданную величину Rили R0.
3. Расчеты теплотехнических параметров системы УТЕПЛЕНИЯ ФАСАДОВ
(СНиП 23-02-2003 )
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА
В виде примера рассмотрим случай стена из кирпича силикатного ГОСТ 379 ,утепленной мокрой
тонкой системой утепления, состоящей из следующих слоев:
1
2
3 4 5 6
1 слой .Кирпичная кладка из кирпича силикатного ГОСТ 379 толщиной δ1= 0,38 м;
2 слой. Слой монтажного клея толщиной δ2=4 мм
3слой. Утеплитель (ROCKWOOL FACAD BATS или PAROC FAS 4), толщину δ3 которого необходимо
определить из условий требуемого уровня тепловой изоляции.
4слой. Слой клея, армированный сеткой толщиной δ4=4мм
5слой Слой штукатурки декоративной δ5=4мм
6слой Слой краски с грунтовкой δ6=0,1мм
Для проведения расчетов будем помнить:
1. Сопротивление теплопередаче стены R из нескольких слоев будет равно сумме сопротивлений
каждого из слоев(δi/ λi) и сопротивлений теплообмену внутри помещения(1/αв )и с наружи
ограждающей конструкции(1/αн) .
Например у стены из 6- ти слоев сопротивление теплопередаче будет записываться:
R=1/αв+ δ1/ λ1+ δ2/ λ2+ δ3/ λ3+ δ4/ λ4+ δ5/ λ5+ δ6/ λ6+1/αн,
гдеαв = 8,7 Вт/(м ²*ºС)- коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности стен (СНиП 23-02-2003
)
αн=23 Вт/(м ²*ºС)- коэффициент теплоотдачи внешней поверхности стен(СНиП 23-02-2003 )
Два следующих положения Вы должны принять на веру!!!
2.Требуемое сопротивление теплопередаче стены является функцией числа градусо- суток
отопительного периода(ГСОП)
ГОСП=(Tвн-Tot.пер.)*Zот.пер.
3. Требуемое сопротивление теплопередаче стены по значению ГСПО может быть определено по
одной из следующих формул в соответствии с функциональным назначением здания:
Жилые, лечебно- профилактические и детские учреждения
Rtr=0,00035*ГСПО+1,4
Общественные здания, кроме указанных выше, административные здания и бытовые
сооружения, за исключением помещений с влажным или мокрым режимом
Rtr=0,0003*ГСПО+1,2
Производственные помещения с сухим и нормальным режимами
Rtr=0,0002*ГСПО+1,0
4.Будем проводить дополнительно оценку требуемого сопротивлении теплопередаче из
санитарно-гигиенических комфортных условий-В случае перепада температур между воздухом
внутри помещения и внутренней поверхности стены помещения более 4°С человек подходя к
стене будут чувствовать “ холодное дыхание стены”. Причина “ холодного дыхания стены”движение воздуха у стены( конвективные воздушные потоки воздуха).Человек чувствует
движение воздуха у стены и это создает некомфортные условия в помещении.
5.Использование дюбелей для крепления утеплителя и неоднородности свойств материалов СУФ
,обуславливают необходимость закладывать в конструкцию утепляемой стены дополнительный
расход утеплителя(увеличивать его толщину).Данное увеличение толщины утеплителя
определяется из коэффициента теплотехнической неоднородности r=0,99.
Как это делается:
Вы получили из расчетов определенную толщину утеплителя. Исходя из расчетной величины
толщины утеплителя, выбирается лист, ближайшей из выпускаемой линейки толщин
утеплителя (утеплитель выпускается с определенным шагом по толщине, есть ходовые толщины
и заказываемые специально). Для выбранной толщины утеплителя определяется сопротивление
теплопередаче и умножается на коэффициент теплотехнической неоднородности.
Полученное значение с учетом коэффициента теплотехнической неоднородности должно быть
больше или равно требуемому значению сопротивления теплопередаче.
Если это условие не выполняется - необходимо выбрать увеличенную величину толщины
утеплителя и снова проверить полученное значение сопротивления.
Необходимо выбрать ту толщину, при которой условие необходимого уровня теплоизоляции будет
выполнено с учетом термической неоднородности СУФ.
3.1.Определение требуемого значения сопротивления телепередачи Rtr для г.Санкт – Петербург
Здания жилые, лечебно – профилактические и детские учреждения, школы, интернаты
Исходные данные
Расчетная температура воздуха внутри помещения Tвн =20°С
Температура отопительного периода Tot.пер.= -1,8°C
(средняя температура периода со среднесуточной температурой ниже или равной – 8°С по СНИП 2301-99,табл.1)
Продолжительность отопительного периода Zот.пер.= 220 сут.
(продолжительность периода со среднесуточной температурой ниже или равной – 8°С по СНИП 23-0199,табл.1)
Расчетная зимняя температура наружного воздуха Tн= - 26° С
(средняя температура наиболее холодной 5-дневки обеспеченностью 0.92 по СНИП 23-01-99,табл.1)
3.1.1Требуемое сопротивлении теплопередаче из санитарно – гигиенических и комфортных условий
определяется в таблице
коэффициент
нормативный теплоотдачи
Требуемое
расчетная температура расчетная температура температурный внутренней
сопротивлении
внутреннего воздуха
наружного воздуха
перепад
поверхности
теплопередаче
°С
°С
°С
Вт/м² °С
м²* °С/Вт
20
-26
8,7
1,32
4
Требуемое сопротивлении теплопередаче из санитарно – гигиенических и комфортных условий
Rtr=1,32 м²*°С/Вт
3.1.2Требуемое сопротивлении теплопередаче из условий энергосбережения (второй этап)
При ГОСП=(Tвн-Tot.пер.)*Zот.пер.=(20-(-1,8))*220=4796
Rtr=0,00035*ГСПО+1,4=0,00035*4796+1,4=3,0786 м²*°С/Вт.
3.1.3.К расчету принимаем наибольшее из двух значений Rtr=3,0786 м²*°С/Вт.
3.2. Теплотехнический расчет жилого дома с кирпичными стенами 380 ММ , г. Санкт – Петербург
3.2.1. Общие положения
Требуемое приведенное сопротивление теплопередаче для Санкт – Петербурга из условий
энергосбережения ( второй этап)
Rtr=3,0786 м²*°С/Вт.
3.2.2.Расчет приведенного сопротивления теплопередаче
Конструкция стены:
1)Стена из кирпича силикатного ГОСТ 379
λ1=0,87Вт/(м *ºС)
μ1=0,11 мг/(м* ч *Па)
2) монтажный слой - клей одной из СУФ
δ2=0,004 м
λ2=0,349 Вт/(м *ºС)
μ2=0,107 мг/(м* ч *Па)
3) Утеплитель
3.1. ROCKWOOL FACAD BATS
δ3=? м
λ3(λ б)=0, 046Вт/(м *ºС)
μ3=0,3 мг/(м* ч *Па)
3.2. PAROC FAS 4
δ3=? м
λ3(λ б)=0, 044Вт/(м *ºС)
μ3=0,3 мг/(м* ч *Па)
4)армирующий слой - клей одной из СУФ армированный стеклосеткой
δ4=0,005 м
λ4=0,349 Вт/(м *ºС)
μ4=0,107 мг/(м* ч *Па)
5)финишный декоративный слой одной из СУФ
δ5=0,004 м
λ5=0,479 Вт/(м *ºС)
μ5=0,104 мг/(м* ч *Па)
6) слой краски с грунтовкой- одной из СУФ
δ6=0,0001 м
λ6=0,87 Вт/(м *ºС)
μ6=0,01 мг/(м* ч *Па)
Сопротивление теплопередачи для этой стены:
R=1/αв+ δ1/ λ1+ δ2/ λ2+ δ3/ λ3+ δ4/ λ4+ δ5/ λ5+ δ6/ λ6+1/αн
αв = 8,7 Вт/(м ²*ºС)- коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности
стен (СНиП 23-02-2003 )
αн=23 Вт/(м ²*ºС)- коэффициент теплоотдачи внешней поверхности стен(СНиП 23-02-2003 )
Тогда требуемая толщина основного утеплителя определяется по формуле
δ3=( Rtr-1/αв+ δ1/ λ1+ δ2/ λ2+ δ4/ λ4+ δ5/ λ5+ δ6/ λ6+1/αн)* λ3
внутренн
ий
клей
внешний
теплообм кладка клей
армирова
краска с
теплообм
ен
стенки монтажный нный
штукатурка грунтовкой ен
0,38
0,004
0,005
0,004
0,0001
8,7
0,87
0,349
0,349
0,478
0,87
23
0,115 0,437
0,011
0,014
0,008
0,000
0,043
0,044
0,046
требуемое
сопротивле
ние
утеплителя
3,079
Толщина
слоя
утелител
я
0,629 BATS
2,449
0,113
FAS 4
0,108
Описание таблицы см. ниже(
Из приведенных в таблице данных следует:
в случае использования утеплителя ROCKWOOL FACAD BATS его толщина составит 0,113 м;
в случае использования утеплителя PAROC FAS 4 его толщина составит 0,108м.
Принимаем толщины утеплителя:
ROCKWOOL FACAD BATS – 115 мм
PAROC FAS 4
- 110 мм
Расчетные сопротивления ограждающей конструкции при использовании утеплителей:
ROCKWOOL FACAD BATS R=0,629+0,115/0,046 =3,129м²*°С/Вт;
PAROC FAS 4 R=0,629 +0,110/0,044
=3,129м²*°С/Вт;
C учетом коэффициента теплотехнической неоднородности r=0,99 для системы наружной
теплоизоляции приведенное сопротивление теплопередаче
ROCKWOOL FACAD BATS R=3,129*0,99=3,1м²*°С/Вт;
PAROC FAS 4 R==3,129*0,99=3,1 м²*°С/Вт;
Окончательно принимаем толщину утеплителя
ROCKWOOL FACAD BATS – 115 мм
PAROC FAS 4
- 110 мм
3.3.Расчет ограждающей конструкции из любого количества слоев
Последнюю таблицу Вы можете использовать для расчета ограждающей конструкции из
любого количества
Слоев:
1.Скопируйте весь файл к себе на компьютер
2.Дважды кликните на таблице - откроется таблица Excel
3.Уберите или добавьте столбцы в таблице в соответствии со структурой ограждающей
конструкцией:
3.1.В первой строке цифр – проставьте значения толщин слоев ( кроме толщины утеплителяона определяется и значения выводятся для двух видов утеплителя ROCKWOOL FACAD BATS и
PAROC FAS 4 в ячейках под соответствующими обозначениями)
3.2.Во второй строке проставьте значения λ материалов слоев( в первой ячейке второй строки
находится значение αв; в седьмой ячейке второй строки находится значение αн- их менять не
стоит)
3.3.В третьей строке таблицы автоматически определяются сопротивления теплопередаче
каждого из слоев- в третьей строке изменять ничего не надо!!!
3.4.Проведя изменения , кликните вне таблицы – таблица закроется.
Если что – то не получается, свяжитесь со мной и мы вместе построим таблицу для вашего
Варианта ограждающей конструкции
Скачать