Теплотехнический расчет теплого чердака

Исходные данные

Место строительства - Москва, t_ext = -28 °С; D_d = 4943 °С×сут.

Тип здания - рядовая секция 17-этажного жилого дома.

Кухни в квартирах с электроплитами.

Площади покрытия (кровли) над теплым чердаком А_g.c = 252,8 м², перекрытия теплого чердака A_g.f = 252,8 м², наружных стен теплого чердака A_g.w = 109,6 м². Приведенную площадь определяем по формуле (33)

a_g.w = 109,6/252,8 = 0,4335.

Сопротивление теплопередаче стен

R_o^g.w = 1,8 м²×°С/Вт.

В теплом чердаке размещена верхняя разводка труб систем отопления и горячего водоснабжения. Расчетные температуры системы отопления с верхней разводкой 95 °С, горячего водоснабжения 60 °С. Длина трубопроводов верхней разводки системы отопления составила:

Длина трубопроводов горячего водоснабжения составила:

Температура воздуха в помещениях верхнего этажа t_int = 20 °С.

Температура воздуха, поступающего в теплый чердак из вентиляционных каналов, t_ven = 21,5 °С.

Порядок расчета

1. Согласно таблице 4 СНиП 23-02 нормируемое сопротивление теплопередаче покрытия жилого здания R_req для D_d = 4943 °С×сут должно быть не менее 4,67 м²×°С/Вт.

Определим согласно 9.2.1 величину требуемого сопротивления теплопередаче перекрытия теплого чердака R_o^g.f поформуле (29), предварительно вычислив коэффициент п по формуле (30), приняв температуру воздуха в теплом чердаке t_int^g = 18 °С.

n = (t_int - t_int^g)/(t_int - t_ext) = (20 - 18)/(20 + 28) = 0,04.

Тогда R_o^g.f = 0,04×4,67 = 0,19 м²×°С/Вт.

Проверим согласно 9.2.2 выполнение условия Dt £ Dt_n для потолков помещений последнего этажа при Dt_n = 3 °С

Dt = (t_int - t_int^g)/(R_o^g.f) = (20 - 18)/(0,19×8,7) = 1,21 °С < Dt_п.

Так как перекрытие верхнего этажа состоит из железобетонной плиты толщиной 160 мм с затиркой поверхности цементно-песчаным раствором толщиной 20 мм, то сопротивление теплопередаче R_o^g.f этого перекрытия равно 0,3 м²×°С/Вт, что выше минимального значения 0,19 м²×°С/Вт, определенного по формуле (29).

2. Вычислим согласно 9.2.3 величину сопротивления теплопередаче перекрытия чердака R_o^g.c,предварительно определив следующие величины:

сопротивление теплопередаче наружных стен чердака из условия невыпадения конденсата равно 1,8 м²×°С/Вт;

приведенный расход воздуха в системе вентиляции определяют по таблице 11 - G_ven = 26,4 кг/(м²×ч) для 17-этажного дома с электроплитами.

Приведенные теплопоступления от трубопроводов систем отопления и горячего водоснабжения определяют на основе исходных данных для труб и соответствующих значений q_pi по таблице 12 (при температуре окружающего воздуха 18 °С):

= (31,8×15 + 25×17 + 22,2×19,3 + 20,4×27,4 + 18,1×6,3 + 19,2×3,5 + 14,9×16 +

+ 13,3×12,4 + 12×6)/252,8 = 10,07 Вт/м².

Тогда сопротивление теплопередаче покрытия чердака R_o^g.c равно:

R_o^g.c = (18 + 28)/[0,28×26,4(21,5 - 18) + (20 - 18)/0,3 + 10,07 - (18 + 28)0,4335/1,8] = 46/31,53 = 1,46 м²×°С/Вт

3. Проверим наружные ограждающие конструкции чердака на условие невыпадения конденсата на их внутренней поверхности. С этой целью рассчитывают согласно 9.2.5 температуру на внутренней поверхности покрытия t_si^g.c и стен t_si^g.w чердака по формуле (35)

t_si^g.c = 18 - [(18 + 28)/(12×1,46)] = 15,37 °С;

t_si^g.w = 18 - [(18 + 28)/(8,7×1,8)] = 15,06 °С.

Определим температуру точки росы t_d воздуха в чердаке.

Среднее парциальное давление водяного пара за январь для Москвы равно е_p = 2,8 гПа. Влагосодержание наружного воздуха f_ext определяют по формуле (37)

f_ext = 0,794×2,8/(1 - 28/273) = 2,478 г/м³.

Влагосодержание воздуха теплого чердака f_g определяют по формуле (36) для домов с электроплитами

f_g = 2,478 + 3,6 = 6,078 г/м³.

Парциальное давление водяного пара воздуха в чердаке е_g определяют по формуле (38)

е_g = 6,078(1 + 18/273)/0,794 = 8,16 гПа.

По приложению С находим температуру точки росы t_d = 4,05 °С, что значительно меньше минимальной температуры поверхности (в данном случае покрытия) 15,37 °С. Следовательно, конденсат на покрытии и стенах чердака выпадать не будет.

Суммарное сопротивление теплопередаче горизонтальных ограждений теплого чердака составляет R_o^g.c + R_o^g.f = 0,3 + 1,46 = 1,76 м²×°С/Вт при нормируемом согласно СНиП 23-02 сопротивлении теплопередаче обычного покрытия здания R_req = 4,67 м²×°С/Вт.

Пример 2

Теплотехнический расчет техподполья

Исходные данные

Тип здания - рядовая секция 17-этажного жилого дома при наличии нижней разводки труб систем отопления и горячего водоснабжения.

Место строительства - Москва, t_ext = -28 °С; D_d = 4943 °С×сут.

Площадь цокольного перекрытия (над техподпольем) А_b = 281 м².

Ширина подвала - 13,8 м; площадь пола техподполья - 281 м².

Высота наружной стены техподполья, заглубленной в грунт, - 1,04 м. Площадь наружных стен техподполья, заглубленных в грунт, - 48,9 м².

Суммарная длина l поперечного сечения ограждений техподполья, заглубленных в грунт,

l = 13,8 + 2×1,04 = 15,88 м.

Высота наружной стены техподполья над уровнем земли - 1,2 м.

Площадь наружных стен над уровнем земли А_b,w = 53,3 м².

Объем техподполья V_b = 646 м³.

Расчетные температуры системы отопления нижней разводки 70 °С, горячего водоснабжения 60 °С.

Длина трубопроводов системы отопления с нижней разводкой l_pi составила:

Длина трубопроводов горячего водоснабжения составила:

Газораспределительных труб в техподполье нет, поэтому кратность воздухообмена в техподполье I = 0,5 ч^-1.

Температура воздуха в помещениях первого этажа t_int = 20 °С.

Порядок расчета

1. Сопротивление теплопередаче наружных стен техподполья над уровнем земли принимают согласно 9.3.2 равным сопротивлению теплопередаче наружных стен R_o^b.w = 3,13 м²×°С/Вт.

2. Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций заглубленной части техподполья определим согласно 9.3.3 как для утепленных полов на грунте, состоящей из термического сопротивления стены, равного 3 м²×°С/Вт, и участков пола техподполья.

Сопротивление теплопередаче участков пола техподполья (начиная от стены до середины техподполья) шириной: 1 м - 2,1 м²×°С/Вт; 2 м - 4,3 м²×°С/Вт; 2 м - 8,6 м²×°С/Вт; 1,9 м - 14,2 м²×°С/Вт. Соответственно площадь этих участков для части техподполья длиной 1 м будет равна 1,04 м² (стены, контактирующей с грунтом), 1 м², 2 м², 2 м², 1,9 м².

Таким образом, сопротивление теплопередаче заглубленной части стен техподполья равно

R_o^s = 2,1 +3= 5,1м²×°С/Вт.

Вычислим приведенное сопротивление теплопередаче ограждений заглубленной части техподполья

R_o^s = 7,94/[(1,04/5,1 + 1/2,1 + 2/4,3 + 2/8,6 + 1,9/14,2] = 5,25 м²×°С/Вт.

3. Согласно СНиП 23-02 нормируемое сопротивление теплопередаче перекрытия над техподпольем жилого здания R_req для D_d = 4943 °С×сут равно 4,12 м²×°С/Вт.

Согласно 9.3.4 определим значение требуемого сопротивления теплопередаче цокольного перекрытия над техподпольем R_o^b.c по формуле

R_o^b.c = nR_req,

где n - коэффициент, определяемый при принятой минимальной температуре воздуха в подполье t_int^b = 2°С.

n = (t_int - t_int^b)/(t_int - t_ext) = (20 - 2)/(20 + 28) = 0,375.

Тогда R_o^b.c = 0,375×4,12 = 1,55 м²×°С/Вт.

4. Определим температуру воздуха в техподполье t_int^b согласно 9.3.5.

Предварительно определим значение членов формулы (41), касающихся тепловыделений от труб систем отопления и горячего водоснабжения, используя данные таблицы 12. При температуре воздуха в техподполье 2 °С плотность теплового потока от трубопроводов возрастет по сравнению с значениями, приведенными в таблице 12, на величину коэффициента, полученного из уравнения (34): для трубопроводов системы отопления - на коэффициент [(70 - 2)/(70 - 18)]^1,283 = 1,41; для трубопроводов горячего водоснабжения - [(60 - 2)/(60 - 18)^1,283 = 1,51. Тогда

= 1,41(22,8×3,5 + 2,03×10,5 + 17,7×11,5 +

+ 17,3×4 + 15,8×17 + 14,4×14,5 + 12,7×6,3) + 1,51(14,6×47 + 12×22) = 1313 + 1435 = 2848 Вт.

Рассчитаем значение температуры t_int^b из уравнения теплового баланса при назначенной температуре подполья 2 °С

t_int^b = (20×281/1,55 + 2848 - 0,28×646×0,5×1,2×28 - 28×329,9/5,25 - 28×53,3/3,13)/

/(281/1,55 + 0,28×646×0,5×1,2 + 329,9/5,25 +53,3/3,13) = 1198,75/369,7 = 3,24 °С.

Тепловой поток через цокольное перекрытие составил

q^b.c = (20 - 3,24)/1,55 = 10,8 Вт/м².

5. Проверим, удовлетворяет ли теплозащита перекрытия над техподпольем требованию нормативного перепада Dtⁿ = 2 °С для пола первого этажа.

По формуле (3) СНиП 23-02 определим минимально допустимое сопротивление теплопередаче

R_o^min = (20 - 2)/(2×8,7) = 1,03 м²×°С/Вт < R_o^b.c = 1,55 м²×°С/Вт.

Требуемое сопротивление теплопередаче цокольного перекрытия над техподпольем составляет 1,55 м²×°С/Вт при нормируемом согласно СНиП 23-02 сопротивлении теплопередаче перекрытий над подвалами 4,12 м²×°С/Вт. Таким образом, в техподполье эквивалентная нормам СНиП 23-02 тепловая защита обеспечивается не только ограждениями (стенами и полом) техподполья, но и за счет теплоты от трубопроводов систем отопления и горячего водоснабжения.

ПРИЛОЖЕНИЕ У
(рекомендуемое)

ПРИМЕР РАСЧЕТА ПРИВЕДЕННОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ТЕПЛОПЕРЕДАЧЕ УЧАСТКОВ СТЕН, РАСПОЛОЖЕННЫХ ЗА ОСТЕКЛЕННЫМИ ЛОДЖИЯМИ И БАЛКОНАМИ

Исходные данные

Девятиэтажное жилое здание со стенами из пористого силикатного кирпича толщиной 770 мм (R_w^r = 1,45 м²×°С/Вт), построено в г. Ярославле (t_ext = -31 °С). Балконы и лоджии остеклены однослойным остеклением (R_F = 0,18 м²×°С/Вт), нижняя часть утеплена (R_w = 0,81 м²×°С/Вт). В наружных стенах в зоне остекленных балконов светопроемы заполнены оконными и дверными блоками с двухслойным остеклением в раздельных переплетах (R_F^r = 0,44 м²×°С/Вт). Наружный торец балкона имеет стенку из силикатного кирпича толщиной 380 мм (R_w = 0,6 м²×°С/Вт). Температура внутреннего воздуха t_int = 21 °С. Определить приведенное сопротивление теплопередаче системы ограждающих конструкций остекленного балкона.

Порядок расчета

Согласно геометрическим показателям ограждений остекленного балкона, представленным на рисунке У.1, определены сопротивления теплопередаче R^r и площади А отдельных видов ограждений:

1. Наружная стена из пористого силикатного кирпича толщиной 770 мм, R_w^r = 1,45 м²×°С/Вт, A_w = 15 м².

2. Заполнение балконного и оконного проемов деревянными блоками с двухслойным остеклением в раздельных переплетах R_F^r = 0,44 м²×°С/Вт, А_F = 6,5м².

3. Торцевая стенка из силикатного кирпича толщиной 380 мм R_w^r = 0,6 м²×°С/Вт, A_w = 3,24 м².

4. Непрозрачная часть ограждения балкона R_w = 0,81 м²×°С/Вт, A_w = 6,9 м².

5. Однослойное остекление балкона R_F = 0,18 м²×°С/Вт, A_F = 10,33 м².

Определим температуру воздуха на балконе t_bal при расчетных температурных условиях по формуле (43)

t_bal = [21(15/1,45 + 6,5/0,44) - 31×(10,33/0,18 + 6,9/0,81 + 3,24/0,60]/(15/1,45 +

+ 6,5/0,44 + 10,33/0,18 + 6,9/0,81 + 3,24/0,6) = -1683,06/96,425 = -17,45 °С.

По формуле (45) определим коэффициент п:

п = (21 + 17,45)/(21 + 31) = 0,739.

По формулам (44) получим уточненные значения приведенного сопротивления теплопередаче стен R_w^bal и заполнений светопроемов R_F^bal сучетом остекления балкона:

R_w^bal = 1,45/0,739 = 1,96 м²×°С/Вт;

R_F^bal = 0,44/0,739 = 0,595 м²×°С/Вт.

Рисунок У.1 - План (а),разрез (б)по сечению I-I плана и фасад (в)по сечению II-II остекленного балкона многоэтажного жилого здания

ПРИЛОЖЕНИЕ Ф
(рекомендуемое)

ПРИМЕР РАСЧЕТА ТЕПЛОУСТОЙЧИВОСТИ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ В ТЕПЛЫЙ ПЕРИОД ГОДА

Определить, удовлетворяет ли требованиям в отношении теплоустойчивости трехслойная железобетонная панель с утеплителем из пенополистирола на гибких связях с габаритными параметрами, принятыми по примеру расчета раздела 2 приложения Н.

Исходные данные

1. Район строительства - г. Ростов-на-Дону.

2. Средняя месячная температура наружного воздуха наиболее жаркого месяца (июля) согласно СНиП 23-01 t_ext = 23 °С.

3. Максимальная амплитуда суточных колебаний температуры наружного воздуха согласно СНиП 23-01 A_{t, ext} = 19 °С.

4. Максимальное и среднее значения суммарной (прямой и рассеянной) солнечной радиации в июле при ясном небе для вертикальной поверхности западной ориентации согласно приложению Г I_max = 764 Вт/м² и I_av = 184 Вт/м².

5. Расчетная скорость ветра согласно СНиП 23-01 v = 3,6 м/с.

6. Теплотехнические характеристики материалов панели выбираются по условиям эксплуатации А согласно приложению Д:

для железобетонных слоев

l₁ = l₃ = 1,92 Вт/(м°×С),

s₁ = s₃ = 17,98 Вт/(м²×°С);

для пенополистирола

l₂ = 0,041 Вт/(м×°С),

s₂ = 0,41 Вт/(м²×°С).

Порядок расчета

1. Термические сопротивления отдельных слоев стеновой панели:

внутреннего железобетонного слоя

R₁ = 0,1/1,92 = 0,052 м²×°С/Вт;

слоя пенополистирола

R₂= 0,135/0,041 = 3,293 м²×°С/Вт;

наружного железобетонного слоя

R₃ = 0,065/1,92 = 0,034 м²×°С/Вт.

2. Тепловая инерция каждого слоя и самой панели:

наружного железобетонного слоя

D₁ = 0,052 · 17,98 = 0,935 < 1;

пенополистирола

D₂ = 3,293 · 0,41 = 1,35;

внутреннего железобетонного слоя

D₃ = 0,034×17,98 = 0,611;

всей панели

åD_i = 0,935 + 1,35 + 0,611 = 2,896.

Поскольку тепловая инерция стеновой панели D < 4, то требуется расчет панели на теплоустойчивость.

3. Нормируемая амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности A_t^req ограждающей конструкции определяется по формуле (46)

А_t^req = 2,5 - 0,1(23 - 21) = 2,3 °С.

4. Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности a_ext ограждающей конструкции по летним условиям определяется по формуле (48)

5. Расчетная амплитуда колебаний температуры наружного воздуха вычисляется по формуле (49)

A_{t, ext}^des = 0,5×19 + [0,7(764 - 184)]/27,8 = 24,1 °С.

6. Коэффициент теплоусвоения наружной поверхности слоя Y cтепловой инерцией D < 1 определяется расчетом по формулам (51) и (52):

а) для внутреннего железобетонного слоя

Y₁ = (R₁s₁² + a_int)/(1 + R₁a_int) = (0,052×17,982 + 8,7)/(1 + 0,052×8,7) = 17,6 Вт/(м²×°С);

б) для среднего слоя из пенополистирола, имеющего D > 1, коэффициент теплоусвоения наружной поверхности слоя принимается равным коэффициенту теплоусвоения материала Y₂ = s₂ = 0,41 Вт/(м²×°С);

в) для наружного железобетонного слоя

Y₃ = (R₁s₃² + Y₂)/(1 + R₃s₂) = (0,034×17,98² + 0,41)/(1 + 0,034×0,41) = 11,24 Вт/(м²×°С).

7. Величина затухания расчетной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха в ограждающей конструкции вычисляется по формуле (47)

v = 0,9e^D/Ö2[(s₁+ a_int)(s₂ + Y₁)(s₃ + Y₂)´(a_ext + Y₃)]/[(s₁ + Y₁)(s₂ + Y₂)(s₃ + Y₃)a_ext] =

= 0,9e^2,896/Ö2[(17,98 + 8,7)(0,41 + 17,6)´(17,98 + 0,41)(27,8 + 11,24)]/[(17,98 + 17,6)´

´(0,41 + 0,41)(17,98 + 11,24)27,8] = 101,56.

8. Амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности стеновой панели определяется по формуле (50)

A_t^des = A_t,ext^des/v = 24,1/101,56 = 0,24 < А_t^req = 2,3 °С,

что отвечает требованиям норм.

ПРИЛОЖЕНИЕ X
(рекомендуемое)

ПРИМЕР РАСЧЕТА МОЩНОСТИ ТЕПЛОАККУМУЛЯЦИОННОГО ПРИБОРА

Исходные данные

Определить мощность теплоаккумуляционного прибора, используемого для отопления помещения односемейного жилого дома, и определить тип этого прибора. Расчетная температура наружного воздуха - минус 22 °С. Расчетные теплопотери помещения Q_h.l^des = 2500 Вт. Показатели теплоустойчивости помещения следующие: показатель теплоусвоения поверхностей Y_n = 122,5 Вт/°С, показатель интенсивности конвективного воздухообмена в помещении L = 98,8 Вт/°С. Продолжительность зарядки теплоаккумулирующего прибора т = 8 ч. Расчетную разность температур Dt^des определяют по формуле (66), равную 20 - (-22) = 42 °С. Рассчитать мощность теплоаккумуляционного и дополнительного приборов для случая комбинированной системы отопления, состоящей из базовой (вне пиковой) теплоаккумуляционной системы и дополнительной постоянно работающей системы.

Порядок расчета

Мощность отопительного прибора определяется по формуле (64)

Q_p.c = 2500(24/8) = 7500 Вт.

Подбор типа прибора производим по графику на рисунке 2, предварительно определив L/Y_n = 98/122,5 = 0,81 и Q_p.c/(LDt^des) = 7500/(98,8×42) = 1,81. В результате следует выбрать теплоаккумулирующий прибор с показателем затухания v_c = 18.

Количество теплоты Q_p.c,поступающей от теплоаккумуляционного прибора базовой системы, рассчитывают согласно 11.2.2.6 при расчетной температуре минус (-22 + 5) = 17 °С по формуле

Q_p.c = Q_h.l^des[t_int - (t_ext + 5)]/(t_int - t_ext) = 2500(20 + 17)/(20 + 22) = 2202 Вт.

Мощность дополнительного постоянно работающего прибора отопления Q_b определяют по уравнению (65)

Q_b = 2500 - 2202 = 298 Вт.

ПРИЛОЖЕНИЕ Ц
(рекомендуемое)