Теплотехнический расчёт наружных стен: методика

Нормами установлены три показателя тепловой защиты здания:

а) приведенное сопротивление теплопередаче отдельных элементов ограждающих конструкций здания;

б) санитарно-гигиенический, включающий температурный перепад между температурами внутреннего воздуха и на поверхности ограждающих конструкций и температуру на внутренней поверхности выше температуры точки росы;

в) удельный расход тепловой энергии на отопление здания, позволяющий варьировать величинами теплозащитных свойств различных видов ограждающих конструкций зданий с учетом объемно-планировочных решений здания и выбора систем поддержания микроклимата для достижения нормируемого значения этого показателя.

Требования тепловой защиты здания будут выполнены, если в жилых и общественных зданиях будут соблюдены требования показателей "а" и "б" либо "б" и "в". В зданиях производственного назначения необходимо соблюдать требования показателей "а" и "б".

Если в результате расчета удельный расход тепловой энергии на отопление здания окажется меньше нормируемого значения, то допускается уменьшение сопротивления теплопередаче     отдельных элементов ограждающих конструкций здания (светопрозрачных согласно примечанию 4 к таблице 4) по сравнению с нормируемым по таблице 4, но не ниже минимальных величин , определяемых по формуле (3.16) для стен групп зданий, указанных в поз.1 и 2 таблицы 4, и по формуле (3.17) - для остальных ограждающих конструкций:

   (3.16)

   (3.17)

Нормируемые значения сопротивлений теплопередаче для стен жилых и общественных зданий Rreq устанавливается в зависимости от градусо-суток отопительного периода (далее по тексту, - ГСОП) по следующей зависимости:

 (3.18)

где a, b - коэффициенты, численные значения которых приведены в таблице 4 СНиП 23-02-2003:

•  для группы зданий по поз.1 таблицы 4 – по минимальным значениям оптимальной температуры соответствующих зданий по ГОСТ 30494 (в интервале 20-22 °С),
• для группы зданий по поз.2 таблицы 4 – согласно классификации помещений и минимальных значений оптимальной температуры по ГОСТ 30494 (в интервале 16-21 °С)
•  для группы зданий по поз.3 таблицы 4 – по нормам проектирования соответствующих зданий;

,  – средняя температура наружного воздуха, °С, и продолжительность, сут, отопительного периода, принимаемые по СНиП 23-01 для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более 10 °С - при проектировании лечебно-профилактических, детских учреждений и домов-интернатов для престарелых, и не более 8 °С - в остальных случаях.

Пример. Требуется определить нормируемое значение сопротивления теплопередаче R^req0 (при поэлементном подходе), R^reqmin (при комплексном подходе) стен жилого здания, проектируемого в г. Краснодар.

Исходные данные:

• расчетная средняя температура внутреннего воздуха в жилых помещениях здания  t_int=20 °С (по табл. 1 ГОСТ 30494);

• средняя за отопительный период температура наружного воздуха для г. Краснодар t_ht= 2°С (по табл. 1* СНиП 23-0l);

• продолжительность отопит. периода  z_ht=149 сут (по табл. 1* СНиП23-01).

Определение нормируемого сопротивления теплопередаче стен: Градусо-сутки отопительного периода (ГСОП):

Dd = (t_int- t_ht)*z_ht = (20 - (2)) • 149 = 2682 (^oC • сут).

Нормируемое сопротивление теплопередаче стен жилого здания: R^req = a*D + b = 0,00035• 2682 +1,4 = 2,346 (м2 • ^oC/Вт).

Нормируемое минимально допустимое значение сопротивления теплопередаче стен жилого здания Rmq_n: R_min=0,63*R^req =0,63*2,34=1,48(м2 • ^oC/Вт)

Методика расчета приведенного сопротивления теплопередаче наружных стен зданий из газобетонных блоков

Для производственных зданий с избытками явной теплоты более 23 Вт/м и зданий, предназначенных для сезонной эксплуатации (осенью или весной), а также зданий с расчетной температурой внутреннего воздуха 12 °С и ниже приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций (за исключением светопрозрачных) R^req, м ·°С/Вт, следует принимать не менее значений, определяемых по формуле

В наружных стенах, где применяются газобетонные блоки, приведенное сопротивление теплопередаче R0[м2°С/Вт] определяется по формуле:

•   = 8.7 [Вт/м2°С] - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности наружной стены, определяемый по СНиП 23-02;
•  = 23 [Вт/м2°С] - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности стены для зимних условий;
• r - коэффициент теплотехнической однородности кладки стен из газобетонных блоков с учетом влияния швов кладки;
• R_k=R_гб - термическое сопротивление однослойной стены из газобетонных блоков [м2^оС/Вт];
• R_k=R +∑R - то же для многослойной стены [м2^оС/Вт] (например, состоящей из последовательно расположенных газобетонных блоков, утеплителя и облицовки).

Термическое сопротивление однородного слоя определяется по формуле^

• δ – толщина стены (слоя) [m]
• λ - расчетный коэффициент теплопроводности материала, из которого выполнен рассматриваемый слой [Вт/м°С].

Расчетный коэффициент теплопроводности λ зависит от марки блоков по плотности (D), равновесной влажности стены и вида кладочного раствора. Численные значения коэффициентов теплопроводности λ для изделий из автоклавного газобетона ГСУЛ приведены в таблице 1.1.

Расчетные теплотехнические показатели ячеистых бетонов автоклавного твердения (по ГОСТ 31359):

Примечание:

1) расчетные значения коэффициента теплоусвоения s (при периоде 24 ч) материала в конструкции вычислены по формуле:

2)Характеристики материалов в сухом состоянии приведены при массовом отношении влагив материале ω, %, равном 0.

Растворные швы кладки влияют на теплотехническую однородность стен из газобетонных блоков, а следовательно и на расчетные значения сопротивлений теплопередаче. Чем толще швы кладки и чем выше их коэффициент теплопроводности, тем более значительно это влияние. Рассмотрим влияние растворных швов кладки на параметры теплотехнической однородности стен из газобетонных блоков.

Для расчета примем регулярный повторяющийся фрагмент кладки стен из газобетонных блоков (рис.3.5). Толщина рассматриваемого фрагмента - 375 мм. Размеры блоков в кладке: длина - 625 мм, ширина - 375 мм, высота - 250 мм. Марка блоков по плотности – D500, коэффициент теплопроводности для условий эксплуатации Б, - λБ=0.132 Вт/ м °С (согласно данным табл. А.1 ГОСТ 31359). Для упрощения расчетов в представленном ниже примере и для клея и для раствора примем цементно-песчаный плотностью 1800 кг/м3 (коэффициент теплопроводности, - λБ=0.93 Вт/м°С).

Рассмотрим следующие варианты кладки стен:

• на клею со средней толщиной горизонтальных и вертикальных швов кладки 2 мм (рис. 3.5а);

• на растворе со средней толщиной горизонтальных и вертикальных швов кладки 10 мм (рис. 3.5 б).

Расчет термического сопротивления регулярного фрагмента стеновой конструкции произведем методом сложения проводимостей.

1. Кладка на клею (рис. 3.5а) 

Выделим регулярный фрагмент кладки А и разделим его на участки с различной проводимостью плоскостями, параллельными тепловому потоку. Получаем два однородных и одинаковых по толщине участка со следующими параметрами:

R_г.б.=δ_г.б./λ_г.б.=0,375/0,132=2,84 (м2*^оС/Вт),

А_г.б.=1,25*0,5=0,625 (м2);

R_р-р=δ_р-р./λ_р-р=0,375/0,93=0,40 (м2*^оС/Вт),

А_р-р=1,254*0,002*2+0,504*0,002*2=0,007 (м2).

Термическое сопротивление всего регулярного фрагмента определяем по формуле (10) СП 23-101: R_г=ΣА_i/Σ(А_i/ R_i)=(0,625+0,007)/(0,625/2,84+0,007/0,4)=2,66(м2*оС/Вт),

Соответственно, коэффициент теплотехнической однородности определяем по формуле: r=R^r/R_г.б.=2,66/2,98=0,89

Кладка на растворе (рис. 3.5б)

Произведем аналогичный расчет для регулярного фрагмента Б:

R_г.б.=δ_г.б./λ_г.б.=0,375/0,132=2,84 (м2*^оС/Вт);

А_г.б.=1,25*0,5=0,625 (м2);

R_р-р=δ_р-р./λ_р-р=0,375/0,93=0,40 (м2*^оС/Вт),

А_р-р=1,27*0,01*2+0,52*0,01*2=0,036 (м2).

Термическое сопротивление всего регулярного фрагмента: R^г=ΣА_i/Σ(А_i/ R_i)=(0,625+0,036)/(0,625/2,84+0,036/0,4)=2,13(м2*^оС/Вт),

Соответственно коэффициент теплотехнической однородности определяем по формуле: r=R^r/R_г.б.=2,13/2,98=0,71

В таблице приведены расчетные значения коэффициентов теплотехнической однородности r для некоторых типов кладки стен из полнотелых стеновых неармированных изделий из ячеистого бетона автоклавного твердения с размером изделия в кладке 625*250 мм: