Теплотехнический расчет панелей наружных стен

Наружные ограждающие конструкции производственных зданий в теплотехническом отношении должны удовлетворять следующим требованиям:

- обладать достаточными теплозащитными свойствами, чтобы лучше сохранять тепло в помещениях в холодное время года, а в жарких районах защищать помещения от перегрева их солнцем в летнее время;

- температура внутренних поверхностей при эксплуатации не должна быть слишком низкой, чтобы избежать появления конденсата на стенах;

- воздухопроницаемость стен зданий не должна превосходить допустимого предела; в противном случае помещения будут охлаждаться, и вызывать у людей, находящихся вблизи наружных стен, ощущение сквозняка;

- сохранять нормальную влажность, так как увлажнение ухудшает теплозащитные свойства и санитарно-гигиенические условия ограждаемого помещения и уменьшает долговечность ограждений.

В процессе работы над курсовым проектом для того, чтобы произвести выбор панели наружной стены необходимо произвести теплотехнический расчет, и по его результату подобрать толщину типовой однослойной панели.

Легкобетонные панели для отапливаемых производственных зданий с шагом колонн крайних рядов равным 6, 0 м представляют собой плоские однослойные, из легких бетонов, с обеих сторон покрытые фактурным слоем цементно-песчаного раствора (рис.3.2., а). Разрез такой панели (для расчета) приведен на рис 3.21.

 

Рис. 3.21. Схема разреза наружной стеновой панели

 

Расчет выполняют в соответствии с требованиями следующих нормативных документов:

1. СНиП 23-01-99 «Строительная климатология»;

2. СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита здания»;

3. СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий»;

4. СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений. Санитарные правила и нормы».

Порядок проведения теплотехнического расчета рассмотрим на следующем примере.

Пример. Требуется определить и подобрать толщину однослойной пенобетонной панели плотностью =600 кг/м для наружной стены производственного здания с шагом колонн крайнего ряда 6, 0 м, предназначенное для строительства в г. Ставрополь.

Исходные данные:

- место строительства завода железобетонных изделий – г. Ставрополь;

- материалы стены: пенобетон плотностью =600 кг/м ; цементно-песчаный раствор толщиной 0, 02 м с наружной и внутренней сторон, имеющий плотность 1800 кг/м (рис. 3.22).

Порядок расчета:

По табл. 1 СНиП 23.01-99 находим:

- среднюю температуру наружного воздуха °C периода со среднесуточной температурой воздуха не более 8 °C - = плюс 0, 9 °C с продолжительностью 168 сут. Это продолжительность отопительного периода. Отопление включают при среднесуточной температуре не превышающей 8 °C. Расчетную температуру наружного воздуха ( °C) принимают по средней температуре наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0, 92 - = минус 19 °C.

Расчетную температуру внутреннего воздуха в производственных помещениях принимают в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.005-84 ССБТ. «Метрологическое обеспечение», табл. 1 и норм проектирования соответствующих зданий и сооружений.

Для курсового проектирования принимаем температуру в помещениях для работ III категории равной нижней границе на рабочих непостоянных местах = плюс 12 °C, а влажность внутреннего воздуха =55 %.

Допустимые микроклиматические условия установлены по критериям допустимого теплового и функционального состояния человека на период 8–часовой рабочей смены. Они не вызывают повреждений или нарушений состояния здоровья, но могут приводить к возникновению общих и локальных ощущений теплового дискомфорта, напряжению механизмов терморегуляции, ухудшению самочувствия и понижению работоспособности.

По табл. 1 «Влажностный режим помещений» (СНиП 23-02-2003) определяем влажностный режим помещений цеха в холодный период года в зависимости от относительной влажности и температуры внутреннего воздуха. Для производственного здания завода железобетонных изделий (ЖБИ) характерен нормальный влажностный режим с относительной влажностью до 55 %.

По приложению В «Карты зон влажности» (СНиП 23-02-30-2003) определяем условия эксплуатации ограждающих конструкций здания. Для г. Ставрополь – это зона влажности 2 – нормальная.

По табл. 7 (СНиП 23-02-2003) определяем коэффициент внутренней поверхности наружных стен = 0, 87 Вт/м ·°C.

По табл. 8 (СП 23-101-2004) находим коэффициент теплоотдачи наружной поверхности стены для условий холодного периода: = 23 Вт/м ·°C.

Определяем величину градусо-суток D в течение отопительного периода по формуле (1) (СП 23-101-2004).

D =( - t )·z

где - расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °C, =12 °C;

t , z - средняя температура наружного воздуха, °C и продолжительность, сут. отопительного периода. t = 0, 9 °C; z = 168 сут.

D = [12-(+0.9)·168= 1864.8 °C·сут.

Приведенное сопротивление теплопередаче R , м ·°С/Вт, наружных стен (панели) принимают не менее нормируемых значений R , м ·°С/Вт, определяемых по таблице 4 (СНиП 23.02-2003) в зависимости от градусо-суток района строительства D , °C·сут. Поскольку D = 1864, 8 °C·сут. Отличается от приведенных в таблице 4 (СНиП 23-02-2003), то согласно указаниям расчет R производим по формуле (1) данного СНиП

R = а D + b,

где a и b – коэффициенты, значения которых принимают по данным таблицы 4 (СНиП 23-02-2003) для соответствующих групп зданий (графа 1, поз. 3 – производственные процессы с сухим и нормальным режимами) а = 0, 0002; b = 1.0.

R = 0.0002·1864.8+1.00 = 1.373 м ·°С/Вт

Приведенное сопротивление теплопередаче рассчитывают с учетом коэффициента теплотехнической однородности (r) который определяют по таблице 6 (СП 23-101-2004). Для однослойных легкобетонных панелей r = 0, 9, а R = R ·r, где R - общее сопротивление теплопередаче ограждения.

Расчет проводят из условия равенства R = R .

R = R /r = 1.37/0.9 = 1.52 м ·°С/Вт.

Расчетные теплотехнические показатели материалов пенобетонной панели находим в СП 23-101-2004 приложение Д в зависимости от условий эксплуатации (данном случае – Б), приведенные в табл. 3.12.

Таблица 3.12

Теплотехнические характеристики пенобетонной панели

№№ пп	Наименование материала	, кг/м	d, м	Коэффициент теплопроводности l, Вт/м ·°C	Термическое сопротивление R =d /l *
1.	Цементно-песчаный раствор		0, 020	0, 93	0, 022
2.	Пенобетон			0, 26
3.	Цементно-песчаный раствор		0, 020	0, 93	0, 022

Примечание * Термическое сопротивление R определяют по формуле 6 (СП 23-101-2004), где d – толщина слоя, м; l – расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/м ·°C, принимаемый по формуле 8 (СП 23-101-2004).

R = R +R +R

где R = , - коэффициент теплопередачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, Вт/м ·°C, принимают по табл. 7 (СНиП 23-02-2003); R = - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для условий холодного периода, Вт/м ·°C, принимаемый по таблице 8 (СП 23.101-2004); R - термическое сопротивление ограждающей конструкции, м ·°С/Вт, с последовательно расположенными однородными слоями, определяемое по формуле 7 (СП 23.101-2004).

R = R +R +…+R +R ,

где R , R , …R - термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, м ·°С/Вт, определяемые по формуле 6 (СП 23. 101-2004).

Общее термическое сопротивление слоев из цементно-песчаного раствора определяют по следующей формуле:

м ·°С/Вт

Подставляя значения, получим:

R = м ·°С/Вт

Определяем термическое сопротивление слоя пенобетона в стеновой панели R

R = R -R = 1.52 – 0.2 = 1.32 м ·°С/Вт

Толщину пенобетона стеновой панели находим по формуле 6 (СП 23.101-2004)

=0, 26·1, 32 = 0, 34 м

Расчетная толщина стеновой панели будет: 0, 34+0, 04= 0, 38 м.

Принимаем панель толщиной 400 мм.

Определим общее фактическое сопротивление теплопередачи стеновой панели

0.2+ =1, 58 м ·°С/Вт

Фактическое приведенное сопротивление теплопередачи будет

= 1, 58·0, 9 =1, 42 м ·°С/Вт

Проверяем условие > или 1, 42> 1, 37 м ·°С/Вт. Условие выполняется

Необходимо проверить выполнение санитарно-гигиенических требований, предъявляемых к тепловой защите зданий.

По СНиП 23-02-2003 (формула 3) определяют расчетный температурный перепад t °C между температурой внутреннего воздуха и внутренней поверхности ограждающей конструкции, который не должен превышать нормированного температурного перепада D t , определяемого по таблице 5 (СНиП 23-02-2003)

= , отсюда определяем D t

t = = = 2, 51 °C,

где n – коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху и приведенный в табл. 6 (СНиП 23-02-2003).

В соответствии с СНиП 23-02-2003, табл.5 нормируемый перепад температур определяют по разности , но не более 7 °C. В данном случае расчетный перепад t меньше 7 °C, т. е. 2, 51 °C< 7 °C, следовательно, условие выполняется.

Кроме того необходимо проверить выполнение условия, что температура внутренней поверхности , °C однородной однослойной или многослойной ограждающей конструкции с однородными слоями больше температуры точки росы t °C или > t °C.

Температуру внутренней поверхности стены находят по формуле 25 (СП 23-101-2004)

12-2, 51=9, 49 °C

Согласно СП 23-101-2004, приложение Р, для температуры внутреннего воздуха =12 °C и относительной влажности =55 % температура точки росы t = 3, 25 °C.

Поскольку =9, 49 °C, а t =3, 25 °C и 9, 49> 3.25 °C, то условие выполняется.

Вывод: толщина ограждающей конструкции (наружные стены) здания удовлетворяет нормативным требованиям теплозащиты здания.