Теплотехнический расчет наружных стен

Несущая способность каменных стен зависит от величины нагрузки, толщины кладки, прочности камня и раствора. В малоэтажных жилых зданиях нагрузка на стены обычно является небольшой величиной и прочность кладки оказывается вполне достаточной. Поэтому толщину каменных стен малоэтажных зданий часто определяют не расчетом на прочность, а конструктивными соображениями или теплотехническим расчетом. Например, по конструктивным требованиям для надежного опирания плит перекрытий (покрытий) кирпичная стена должна бать не тоньше 120 мм, для опирания балок – 250 мм.

Теплотехнический расчет определяет минимальную толщину стен для того, чтобы в процессе эксплуатации не было случаев промерзания или перегрева.

При строительстве малоэтажных зданий возводят либо сплошные наружные стены или облегченные:

- сплошные – чаще из эффективного кирпича и легких камней по многорядной системе кладки (по двухрядной – в случаях более удобного крепления облицовки или теплотехнических соображений). Рядность кладки определяется числом «тычковых» рядов с продольной укладкой камней. При двухрядной – каждый «ложковый» ряд перекрывается «тычковым». При многорядной кладке перевязку осуществляют через пять рядов, а в стенах из мелких камней – через два ряда. Многорядная кладка экономичнее двухрядной, так как менее трудоемка;

- облегченные наружные стены возводят путем закладки легких теплоизоляционных материалов внутрь каменной стены – между двумя рядами сплошных стенок или с помощью теплоизоляционной облицовки.

Для облицовки применяют жесткие плиты из легких бетонов, пеностекла, фибролита и других материалов. Плиты из атмосферостойких материалов располагают с наружной стороны. Менее стойкие материалы прикрепляют к поверхности кладки с внутренней стороны вплотную или с образованием воздушной прослойки толщиной 20-40 мм – «на относе». Плиты «на относе» крепят к стене металлическими зигзагообразными скобами или прибивают к рейкам. Эти рейки, расположенные вертикально и горизонтально, делят пространство воздушной прослойки на отдельные отсеки, улучшающие температурно-влажностный режим стены. При внутреннем расположении утеплителя поверхности жестких плит подготавливают под окраску или оклейку обоями с учетом образования пароизоляционного слоя. Поверхность полужестких плит обшивают жесткими листами с прокладкой теплоизоляционного слоя.

При выполнении теплотехнического расчета рекомендуют принимать толщину внутренней отделки (штукатурки) – 20 мм. Толщину наружной отделки: штукатурки и керамической плитки – 20 мм, облицовочного кирпича – 120 мм. Размеры кирпича, керамических и бетонных камней представлены в прил. Все виды кладок и возможные толщины стен из различных материалов представлены в прил.

Толщина наружных стен определяется теплотехническим расчетом, толщина внутренних несущих стен и перегородок принимается в зависимости от материала стен по прил.

При выборе толщины внутренних несущих стен необходимо учесть величину опирания конструкций перекрытий.

Выполним теплотехнический расчет наружной стены.

Сопротивление теплопередаче следует принимать равным экономически целесообразному - Rт.эк., определяемому по формуле 5.1. СНБ 2.04.01-97. Строительная теплотехника, но не менее тре­буемого сопротивления теплопередаче Rт.тр., определяемого по формуле 5.2, и не менее [3] нормативного сопротивления теплопередаче Rт.норм., приведен­ного в таблице 5.1 СНБ [3].

n (tв – tн)

Rт.тр. = ------------------, (1)

αв ∆ tв

где: n = 1 (для наружных стен и покрытий) - коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности огра­ждающей конструкции по отношению к наружному воздуху, прини­маемый по таблице 5.3 [3];

tв = 18 °С - расчётная температура внутреннего воздуха, °С, принимаемая по таб­лице 4.1[3];

tн - расчётная зимняя температура наружного воздуха, °С, принимаемая по таблице 4.3 с учётом тепловой инерции ограждающих конструкций D(за исключением заполнений проёмов) по таблице 5.2 СНБ [3];

αв = 8,7 Вт/ м².°С (для стен) - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждаю­щей конструкции, принимаемый по таблице 5.4 [3];

∆ tв = 6 °С (для наружных стен жилых зданий) - расчётный перепад между температурой внутреннего воздуха и тем­пературой внутренней поверхности ограждающей конструкции, °С, принимаемый по таблице 5.5[3];

Тепловую инерцию ограждающей конструкции D следует определять по формуле:

D = R1 S1 + R2S2+......+ RnSn, (2)

 

где: R1,R2, Rn - термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, м^{2 0}С/Вт, определяемые по формуле (5.5) [3];

S1, S2, Sn - расчётные коэффициенты теплоусвоения материала отдель­ных слоев ограждающей конструкции в условиях эксплуатации, Вт/(м²°С), по таблице 4.2 [3], принимаемые по приложению А [3];

Ограждения считаются "лёгкими" при D < 1,5; "малой массивности" при 1,5< D < 4; "средней массивности" при 4< D <7 и массивными при D > 7.

Расчетный коэффициент теплоусвоения воздушных прослоек принимается равным нулю. Слои конструкции, расположенные между воздушной прослойкой, вентилируемой наружным воздухом, и наружной поверхностью ограждающей конструкции, не учитываются.

Термическое сопротивление однородной ограждающей конструкции, а также слоя многослойной конструкции R м^{2 0}С/Вт, определяем по формуле:

 

R = δ / λ, (3)

 

где: δ – толщина слоя, м;

λ – коэффициент теплопроводности материала однослойной или теплоизоляционного слоя многослойной ограждающей конструкции в условиях эксплуатации, т.4.2, Вт/ м².°С, принимаем по приложению А [3].

Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции Rт, м^{2 0}С/Вт, определяем по формуле 5.6 [3]:

Rт = 1/ αв + 1/ αн + Rк, (4)

 

где: Rк - термическое сопротивление ограждающей конструкции,

м^{2 0}С/Вт, определяемое по формуле 5.7 [3]:

Rк = R1 + R2 + …+ Rn, (5)

 

где: R1, R2, Rn - то же, что и в формуле 2;

αн = 23 Вт/ м².°С – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для зимних условий, принимаем по табл.5.7 [3].

Средние температуры наружного воздуха наиболее холодных суток обеспеченностью 0,98 и 0,92 и наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 для определенного района строительства следует принимать по таблице 4.3 [3] или по табл.3.3.

Среднюю температуру наиболее холодных трех суток следует определять как среднее арифметическое из температур наиболее холодных суток и наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92

 

 

Таблица 3.3

Значения средней температуры наружного воздуха

Расчетный период	Средние температуры наружного воздуха, tн, °С по областям
Мин-ская	Могилев- ская	Брестская	Витебская	Гомельская	Гроднен- ская
Наиболее холодные сутки обес- печенностью 0,92	-25	-31	-28	-26	-28	-29
Наиболее холодные сутки обес- печенностью 0,98	- 31	-37	-32	-31	-33	-34
Наиболее холодная пятидневка обеспечен-ностью 0,92	-21	-25	-24	-22	-24	-25

 

 

Значение нормативного сопротивления теплопередаче R_т.норм определяем по табл.3.4.

 

Таблица 3.4

Значение нормативного сопротивления теплопередаче

 

№ п/п	Ограждающие конструкции	Нормативное сопротив-ление Rт норм,м2 0С/Вт
	А. Строительство Наружные стены крупнопанельных, каркасно-панельных и объемно-блочных зданий	2,5
	Наружные стены монолитных зданий	2.2
	Наружные стены из штучных материалов (кирпич, шлакоблоки и т.п.)	2,0
	Совмещенные покрытия, чердачные пере- крытия (кроме теплых чердаков) и пере- крытия над проездами	3,0
	Покрытия теплых чердаков	По расчету
	Перекрытия над неотапливаемыми подва- лами и техническими подпольями	По расчету
	Заполнения световых проемов	0,6
	Б. Реконструкция, ремонт Наружные стены	2,0
	Остальные конструкции	Такие же требования, как и для нового строительства

Таблица 3.5

Определение коэффициента обеспеченности в зависимости от

значения тепловой инерции

 

Тепловая инерция D	Расчетная зимняя температура наружного воздуха, tн, °С
До 1,5 включительно	Средняя температура наиболее холодных суток обеспеченностью 0,98
Св.1,5 до 4,0 включ.	То же, обеспеченностью 0,92
Св.4,0 до 7,0 включ.	Средняя температура наиболее холодных трех суток
Свыше 7,0	Средняя температура наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92

 

В соответствии с прил. для решения примера по расчету наружной стены из мелкоразмерных элементов принимаем вид кладки 3.1.

Необходимые исходные данные определяем по прил.А [3] и сводим в табл. 3.5.

Таблица 3.5.

№п/п	Наименование слоя	Плотность слоя,ρ,кг/м³	Толщина слоя, δ, м	Коэффици-ент теплоп- роводности λ,Вт/м2°С	Коэффици- ент тепло- усвоения, S, Вт/м2°С
	Цементно-песчаная Штукатурка		0,02	0,93	11,09
	Кирпич		0,120	0,81	10,12
	Утеплитель засыпной (гравий керамический)		Х	0,20	2,91
	Кирпич		0,120	0,81	10,12
	Известково-песчаная Штукатурка		0,02	0,81	9,76

 

Принимаем значение D от 4 до 7. Тогда tн принимаем по средней температуре наиболее холодных трех cуток обеспеченностью 0,92 (для Могилевской области):

 

tн = [ (-31°С) + (-25°С)] / 2 = - 28°С

 

1 (18°С- (-28°С))

Rт.тр. = ------------------------- = 0,881 м^{2 0}С/Вт

8,7. 6,0 °С

 

Так как Rт.тр.= 0,881 м^{2 0}С/Вт < Rт.норм.= 2,0 м^{2 0}С/Вт, то решаем:

 

2,0 = 1/8,7 + 1/23 + 0,02/0,93 + 0,12/0,81 + Х/0,20 + 0,12/0,81 + 0,02 /0,81

Находим Х = 0,068 м.

Принимаем Х = δут. = 230 мм. Тогда толщина стены – 510 мм.

Проверяем значение D:

D = 0,02/0,93.11,09 + 0,12/0,81. 10,12 + 0,23/0,20.2,91 + 0,12/0,81.10,12 + 0,02/0,81. 9,76 = 6,83

Следовательно значение D принято верно.

Проверяем условие Rт ≥; Rт.норм.:

Rт = 1/8,7 + 1/23 + 0,02/0,93 + 0,12/0,81 + 0,23/0,20 + 0,12/0,81 + 0,02/0,81 = 2,41 м^{2 0}С/Вт ≥; Rт.норм.= 2,0 м^{2 0}С/Вт

Следовательно, толщину утеплителя и толщину стены приняли верно.

 

 

Вопросы для самоконтроля

1. Что представляет собой конструктивная система?

2. Каким требованиям должны удовлетворять конструктивные системы?

3. Что относится к горизонтальным и вертикальным несущим конструкциям?

4. Какие основные конструктивные системы вы знаете?

5. Какие комбинированные конструктивные системы вы знаете?

6. Что представляет собой конструктивная схема?

7. Какие конструктивные схемы применяются в каркасных зданиях?

8. Какие конструктивные схемы применяются в бескаркасных зданиях?

9. Дайте определение понятию «строительная система»?

10. Как осуществляется классификация строительных систем?

11. Какие конструктивные системы рекомендуется применять при строительстве гражданских зданий в Республике Беларусь?

 

 

Литература

 

1. РДС 1.01.14-2000. Технические указания по экономному расходованию основных строительных материалов в гражданском строительстве.- Мн.: Минстройархитектуры Республики Беларусь, 2001. - 8 с.

2. СНБ 3.02.04-03. Жилые здания.- Мн.: Минстройархитектуры Республики Беларусь, 2003. - 21 с.

3. СНБ 2.04.01-97. Строительная теплотехника. - Мн.: Минстройархитектуры Республики Беларусь, 2001. - 32с.

4. Маклакова Т.Г., Нанасова С.М. Конструкции гражданских зданий. –

М.: АСВ, 2004.-294 с.

5. Конструкции гражданских зданий / Под ред. Т.Г.Маклаковой. - М:

Стройиздат, 1986.-135с.

6. Архитектура гражданских и промышленных зданий. — Жилые

здания. Т.З Под ред. К.К.Шевцова. - М.: Стройиздат, 1983.- 239 с.

7. Шерешевский И.А. Конструкции гражданских зданий. - Л.:

Стройиздат 1981.-176 с.

8. Адхам Гиясов. Конструирование гражданских зданий. –

М.:АСВ, 2005. – 431 с.

9. Сербинович П.П. Архитектура гражданских и промышленных

зданий. Гражданские здания массового строительства. – М.: Высшая

школа, 1975. – 319 с.

10. Миловидов Н.Н., Орловский Б.Я., Белкин А.Н. Архитектура

гражданских и промышленных зданий. Гражданские здания. – М.:

Высшая школа, 1987. – 352 с.

11. С.М.Нанасова. Архитектурно-конструктивный практикум. (Жилые

здания).: Учебное пособие. – М.: АСВ, 2005. – 200 с.

12. Архитектура гражданских и промышленных зданий. Т.3. Жилые

здания/ под общ.ред К.К.Шевцова. – М.: Стройиздат, 1983. – 239 с.

13. Благовещенский Ф.А., Букина Е.Ф. Архитектурные конструкции. –

М.: Высшая школа, 1985. – 230 с.