Научно-исследовательский институт
строительной физики (НИИСФ) Госстроя СССР

Справочное пособие к СНиП

Серия основана в 1989 году

Расчет
и проектирование
ограждающих конструкций зданий

Москва Стройиздат 1990

Рекомендовано к изданию секцией № 1 Научно-технического совета НИИСФ Госстроя СССР.

Редактор - И.А. Баринова

Расчет и проектирование ограждающих конструкций зданий/НИИ строит, физики. - М.: Стройиздат, 1990.: ил. - (Справ. пособие к СНиП).

Разработано к СНиП II-3-79** «Строительная теплотехника». Содержит материалы по теплотехническому расчету и проектированию ограждающих конструкций зданий и сооружений. Приведены общие методы теплотехнических расчетов ограждающих конструкций зданий и сооружений различного назначения - жилых, общественных и производственных. Даны примеры расчетов.

Для инженерно-технических работников научно-исследовательских и проектных организаций.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее Пособие разработано к СНиП II-3-79** «Строительная теплотехника». В нем содержатся методические материалы и примеры по теплотехническому расчету и проектированию ограждающих конструкций зданий и сооружений.

Особое внимание в Пособии уделено вопросам, которые вызывают затруднения при практическом использовании, например, расчеты: экономически целесообразного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций, неоднородных ограждающих конструкций с теплопроводными включениями сложной формы, ограждающих конструкций теплых чердаков при наличии в помещениях агрессивных сред, а также расчеты прогнозирования долговечности ограждающих конструкций и пр.

В Пособии даны рекомендации по автоматизации теплотехнических расчетов с использованием разнообразных современных ЭВМ от программируемого калькулятора и мини-ЭВМ до крупных ЭВМ типа ЕС.

Настоящее Пособие разработано НИИСФ Госстроя СССР (кандидаты техн. наук Ю.А. Матросов - разд. 1, 2, прил. 4, 12, 13, 14 - руководитель темы, М.А. Гуревич - разд. 1-6, Ф.В. Клюшников - разд. 2, И.Н. Бутовский - разд. 2, М.Ю. Негинский - прил. 13, В.Р, Хлевчук - прил. 3, д-р техн. наук С.В. Александровский - разд. 7 и прил. 11) совместно с ЦНИИпромзданий Госстроя СССР (канд. техн. наук Э.Э. Наргизян, инж. М.А. Пак - прил. 5, канд. техн. наук Ю.П. Александров - прил. 6); ЦНИИЭП жилища Госкомархитектуры (кандидаты техн. наук В.С. Беляев, А.Н. Мазалов, канд. экон. наук М.С. Любимова - разд. 2); ЦНИИЭПсельстрой Госкомархитектуры (канд. техн. паук В.А. Бенц - разд. 2 и прил. 15, 16, 17); МИСИ им. В.В. Куйбышева (канд. техн. наук В.А. Объедков - разд. 2 и прил. 7, 10); НИИ строительства Госстроя ЭССР (канд. техн. наук Э.В. Йыгиоя - прил. 4), А.В. Щербаков - научное редактирование.

НИИСФ Госстроя СССР выражает благодарность специалистам, и организациям, которые будут использовать настоящее Пособие, сделают замечания и внесут предложения по его улучшению.

Замечания и предложения просьба направлять по адресу: 127238, Москва, Локомотивный пр., д. 21. НИИСФ.

1. ПРИНЦИПЫ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ

1.1. При теплотехническом проектировании ограждающих конструкций зданий следует руководствоваться СНиП II-3-79** «Строительная теплотехника» и связанными с ним нормативными документами, а также рекомендациями настоящего Пособия.

При разработке проектов ограждающих конструкций следует предпочитать варианты, которые при удовлетворении нормативных требований обеспечивают снижение топливно-энергетических и материальных ресурсов.

1.2. Многослойные наружные стены с использованием эффективного теплоизоляционного материала имеют преимущество в повышении теплозащитных качеств здания по сравнению с однослойными наружными стенами. Однослойные наружные стены эффективны при применении легкого бетона плотностью менее 1000 кг/м³, ячеистого бетона плотностью менее 800 кг/м³ и кладки из пустотелых керамических или силикатных камней и кирпичей.

1.3. При проектировании наружных ограждений с теплопроводными включениями необходимо учитывать следующее:

в многослойных конструкциях целесообразно располагать с теплой стороны материал с большим коэффициентом теплопроводности, что обеспечивает более высокую температуру угла;

зона влияния несквозного включения, как правило, распространяется от границы соприкасания двух материалов на расстояние, равное половине толщины стены;

включения, размещенные внутри ограждения, целесообразно располагать ближе к холодной стороне ограждения.

1.4. Покрытия с вентилируемой воздушной прослойкой следует проектировать для районов с расчетной скоростью ветра в июле не менее 2 м/с, толщина воздушной прослойки должна быть не менее 0,15 м. Оптимальная толщина вентилируемой воздушной прослойки в наружных стенах находится в пределах 0,05-0,1 а оптимальная высота - 5-6 м.

1.5. При проектировании наружных ограждений с замкнутыми воздушными прослойками необходимо учитывать, что

эффективными в теплотехническом отношении являются прослойки небольшой толщины;

рациональнее делать в ограждающей конструкции несколько прослоек малой толщины, чем одну большей толщины;

воздушные прослойки рекомендуется располагать ближе к наружной стороне ограждения;

в целях уменьшения количества тепла, передаваемого излучением, рекомендуется покрыть одну из поверхностей воздушной прослойки алюминиевой фольгой.

1.6. Для предупреждения переувлажнения материалов наружных ограждающих конструкций рекомендуется располагать слои с большим сопротивлением паропроницанию с внутренней стороны.

1.7. Для стен помещений с влажным и мокрым режимом не рекомендуется применять силикатный кирпич, пустотелые камни, ячеистые бетоны, древесину, фибролит, а также другие невлагостойкие или небиостойкие материалы.

1.8. Наружные и внутренние стены следует предохранять от грунтовой влаги путем устройства гидроизоляции. Основная обязательная во всех случаях горизонтальная гидроизоляция в нижней части наружной стены или по всему верху цоколя должна быть расположена выше тротуара или отмостки здания, но ниже отметки пола первого этажа. Дополнительную горизонтальную гидроизоляцию следует предусматривать в стенах зданий с подвалами и цокольными этажами ниже уровня их пола.

В зависимости от гидрогеологических условий и назначения помещения следует предусматривать вертикальную гидроизоляцию, которую рекомендуется устраивать на наружной поверхности подземной части стен, соединяя ее с горизонтальной.

1.9. Для снижения расхода энергии на охлаждение помещения и защиты зданий от воздействия солнечной радиации используются следующие мероприятия: применение солнцезащитных устройств для световых проемов, организованное проветривание, увеличение теплоустойчивости наружных ограждающих конструкций, ориентация здания, светозащитное остекление.

В районах с большим количеством солнечных дней (в III-IV климатических районах) рекомендуется предусматривать меридиональную ориентацию здания для предупреждения перегрева помещений. Постоянные солнцезащитные устройства, размещаемые по фасаду здания, должны проектироваться: при ориентации фасада на юг - горизонтальными, на восток или запад - вертикальными, при других ориентациях на освещенную солнцем сторону - комбинированными, состоящими из горизонтальных и вертикальных солнцезащитных элементов.

1.10. Безинерционные и малоинерционные наружные ограждения для жилых зданий, больничных учреждений (больниц, клиник, стационаров и госпиталей), диспансеров, амбулаторно-поликлинических учреждений, родильных домов, домов ребенка, домов-интернатов для престарелых и инвалидов, детских садов, яслей, яслей-садов (комбинатов) и детских домов, а также производственных зданий, в которых должны соблюдаться оптимальные нормы температуры и относительной влажности воздуха в рабочей зоне или по условиям технологии должны поддерживаться постоянными температура или температура и относительная влажность воздуха, допускается использовать только при наличии эффективной солнцезащиты заполнений световых проемов.

1.11. Наружные поверхности кровель чердачных покрытий бесчердачных крыш следует окрашивать в светлые тона, обладающие высокими отражательными качествами. Рулонные кровли рекомендуется покрывать мелким гравием светлых тонов слоем толщиной не менее 10 мм.

1.12. Полы, устраиваемые на грунте, должны проектироваться в соответствии с п. [1.17]*. При расположении ниже наивысшего уровня капиллярного поднятия грунтовых вод полы должны быть водонепроницаемыми, а в случае насыщения грунтов вредными газами - газонепроницаемыми. В этом случае в конструкции пола следует предусматривать гидроизоляционный слой, располагаемый под подстилающим слоем.

2. СОПРОТИВЛЕНИЕ ТЕПЛОПЕРЕДАЧЕ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

Порядок расчета

2.1. Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций R_о (п. [2.1*]) определяется следующим образом:

а) рассчитывают требуемое сопротивление теплопередаче R_o^тр по санитарно-гигиеническим условиям:

по формуле [1] - для ограждающей конструкции (за исключением заполнения светового проема и покрытия теплого чердака);

по табл. [9*] - для окон, балконных дверей и фонарей;

по формуле (14) или (15) для покрытия теплого чердака;

б) рассчитывают экономически целесообразное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций Rо^эк по формуле [17], а для покрытий теплого чердака по формуле [22]. Единовременные затраты С_д, входящие в формулы [17] и [22], рассчитывают по методике, изложенной в п. 2.5. Сопротивление теплопередаче R_о, содержащееся в формуле [17], для однородной конструкции определяют по формуле [4], а для неоднородной R_o заменяют приведенным сопротивлением теплопередаче R_о^пр, определяемым по п. 2.8;

в) сопротивление теплопередаче R_o ограждающих конструкций (при наличии в них теплопроводных включений - приведенное сопротивление теплопередаче R_о^пр) в соответствии с п. [2.1*] должно быть не менее требуемого сопротивления теплопередаче R_о^тр и экономически целесообразного сопротивления теплопередаче R_о^эк;

_______________

* В квадратных скобках даются номера пунктов, формул, приложений и таблиц СНиП II-3-79**.

г) для неоднородной ограждающей конструкции (за исключением заполнения светового проема) проверяют, выполняется ли требование п. [2.10*], т.е. выполняется ли условие невыпадения конденсата на внутренней поверхности ограждения

t'_в³t_p,                                                                  (1)

где t'_в - температура внутренней поверхности ограждающей конструкции по теплопроводному включению (диафрагмы, сквозного шва из раствора, стыка панелей и т.д.), определяемая на основании расчета температурных полей. Для теплопроводных включений, приведенных в прил. [5*], t'_в определяется по п. [2.11*]; t_р -температура точки росы, °С, при расчетной температуре t_в и относительной влажности внутреннего воздуха j_в определяется по прил. 1. В расчете покрытия теплого чердака взамен t_р рекомендуется принимать минимально допустимую температуру  холодного участка покрытия по графику рис. 11, значение которой определено из условия ограничения конденсата количеством 1 кг/м² за наиболее холодную пятидневку.

Примечание. В Пособии приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций, в том числе вычисленное по формулам [10] и [II], будет обозначаться R_о^пр.

2.2. Требуемое сопротивление теплопередаче R_о^тр внутренних ограждающих конструкций между помещениями с нормируемой температурой воздуха следует определять при разности расчетных температур воздуха в этих помещениях Dt более 3 °С по формуле [1]. При этом t_в, и t_п - расчетные температуры воздуха соответственно теплого и холодного помещения, °С; n=1; a_в - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности (табл. [4*]); Dt^н - нормативный температурный перепад между температурой воздуха теплого помещения и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции (табл. [2*]).

Примечание. При Dt£Dt^н внутренние ограждающие конструкции удовлетворяют санитарно-гигиеническим условиям при любом значении их сопротивления теплопередаче.

2.3. Порядок определения расчетной зимней температуры (и при вычислении требуемого сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций по формуле [1] следующий:

предварительно назначают величину тепловой инерции D, рассчитываемой ограждающей конструкции по гр. 1 табл. [5*];

по выбранной величине D назначают в соответствии с п. [2.3*] расчетную зимнюю температуру наружного воздуха t_н;

подставляя в формулу[1] величины n, t_в, Dt^н, a_в, а также вышеуказанную величину t_н, определяют R_о^тр.

Проверка правильности назначения расчетной зимней температуры наружного воздуха производится следующим образом:

вычисляют требуемое термическое сопротивление теплоизоляционного слоя R_ут^тр рассчитываемой конструкции по формуле

,                                                   (2)

где SR_к.c - сумма термических сопротивлений конструктивных слоев, м²·°С/ВТ, многослойной ограждающей конструкции; a_в - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции Вт/(м²·°С), принимаемый по табл. [4*]; a_н - коэффициент теплоотдачи для зимних условий наружной поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м²·°С), принимаемый по табл. [6*];

по формуле [2] вычисляют тепловую инерцию рассчитываемой ограждающей конструкции D.

Если величина D рассчитываемой ограждающей конструкции совпадает по диапазону с предварительно заданной, то расчетная зимняя температура t_н выбрана правильно.

Если же величина D ограждающей конструкции находится в другом диапазоне, чем предварительно заданная, то расчетная зимняя температура была назначена неправильно; в качестве расчетной зимней температуры следует выбрать из табл.[5*] температуру, соответствующую вычисленной величине D.

Определение экономически целесообразного сопротивления теплопередаче R_о^эк

2.4. Расчет экономически целесообразного сопротивления теплопередаче R_о^эк ограждающей конструкции выполняется в следующей последовательности:

а) определяется толщина первого варианта ограждающей конструкции исходя из сопротивления теплопередаче R₀₁=R_о^трr_эф и действующей унификации толщин стеновых конструкций, сопротивление теплопередаче которой R₀₁ равно или близко к величине R'₀₁. Величину R_о^тр следует определять по формуле [1], величину r_эф по табл. [9а*];

б) определяются приведенные затраты первого варианта конструкций по формуле [17] с учетом п. 2.5. При этом стоимость тепловой энергии C_т принимается по прил. 2;

в) затем определяются приведенные затраты П для той же конструкции при возрастающих унифицированных ее толщинах. Если приведенные затраты при этом уменьшаются, то расчет ведется до тех пор, пока величина их станет минимальной. Если приведенные затраты при этом увеличиваются, то следует переходить к их определению при уменьшающихся унифицированных толщинах конструкции. Расчет также ведется до тех пор, пока величина приведенных затрат П станет минимальной;

г) экономически целесообразное сопротивление теплопередаче R_о^эк принимают для того варианта ограждающей конструкции, при котором обеспечивается минимальная величина приведенных затрат П.

2.5. Единовременные затраты С_д, руб/м², необходимые для расчета R_о^эк определяются по формуле [17а].

Значения величин, входящих в указанную формулу, определяются следующим образом:

а) оптовая цена ограждающей конструкции Ц принимается по прейскурантам в зависимости от ценового пояса, к которому относится пункт строительства, с учетом соответствующего коэффициента к оптовой цене пояса.

В случае отсутствия в прейскурантах оптовых цен на сборные железобетонные конструкции рекомендуется принимать вместо оптовой цены их расчетную стоимость С_к, определяемую по Рекомендациям по определению расчетной стоимости и трудоемкости изготовления сборных железобетонных конструкций на стадии проектирования (М.: НИИЭС Госстроя СССР, 1985);

б) стоимость транспортирования ограждающих конструкций с учетом погрузочно-разгрузочных работ определяется с использованием таблиц СНиП IV-4-82. Сборник сметных цен на перевозки грузов для строительства. Ч, 1, Железнодорожные и автомобильные перевозки:

T=P[K₁T₁+n(1+0,01H)T₂]+Ц₁V,                                      (3)

где Р - масса 1 м² ограждающей конструкции соответствующего варианта, т/м²; Т₁ - сметная цена на погрузочно-разгрузочные работы при автомобильных и железнодорожных перевозках, руб/т, принимаемая по таблице сметных цен разд. 1; К₁ - коэффициент к сметной цене на погрузочно-разгрузочные работы при железнодорожных и автомобильных перевозках, принимаемый по таблице коэффициентов разд. 1; Т₂ - провозная (тарифная) плата, руб/т, принимаемая за перевозку конструкций автомобильным транспортом - по разд. 3а; за перевозку конструкций железнодорожным транспортом (повагонными отправками грузовой скоростью) по табл. 2 разд. 4; Н - надбавка, %, к плате за перевозку строительных крупногабаритных грузов (бетонные, железобетонные и тому подобные конструкции) автомобильным транспортом, принимаемая в размере 25%, (Для Белорусской, Грузинской, Литовской и Эстонской союзных республик надбавки к плате за перевозку вышеуказанных грузов принимаются в размерах, указанных в п. 12 разд. 3а). При перевозке других конструкций автомобильным транспортом и любых конструкций железнодорожным транспортом в формуле (3) следует принять Н=0; n - коэффициент для перехода от массы нетто к массе брутто, принимаемый; при перевозке конструкций из бетона и железобетона автомобильным транспортом равным 1; при перевозке указанных конструкций по железной дороге равным 1,01; при перевозке других конструкций автомобильным и железнодорожным транспортом - по таблице сметных цен на тару, упаковку и реквизит разд. 2а; Ц₁ - стоимость реквизита (подкладок, прокладок, стоек, скруток, инвентарных креплений и др.) для укладки и креплений конструкции в руб. на 1 м³ конструкции в плотном теле (включая объем конструктивно-изоляционных слоев). Стоимость реквизита при перевозке бетонных и железобетонных конструкций автомобильным транспортом составляет 0,8 руб/м³ (Для Якутской АССР, Магаданской, Сахалинской областей - 1,15, для Камчатской области 1,35, для управления строительством "Вилюйгазстрой" Якутской АССР - 1,4 руб/м³). Стоимость реквизита при перевозке указанных конструкций по железной дороге - 2,6 руб/м³. Стоимость (сметная стоимость) реквизита при перевозке других конструкций автомобильным и железнодорожным транспортом принимается по таблице сметных цен на тару, упаковку и реквизит разд. 2а; V - объем 1 м² ограждающей конструкции соответствующего варианта, м³/м².

Если типы конструкций в разных вариантах существенно не меняются, можно при сравнении принимать одинаковую величину Т;

в) стоимость монтажа (возведения) С_м ограждающей конструкции определяется в зависимости от территориальных районов по соответствующим сборникам СНиП IV-5-84. Приложение. Сборники единых районных единичных расценок на строительные конструкции и работы.

Примечание В п. 2.5, б даны ссылки на номера разделов и та блицы СНиП IV-4-84, ч. 1.

2.6. При разработке типовых проектов, предназначенных для массового применения, расчет экономически целесообразного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций зданий (кроме животноводческих и птицеводческих зданий) для расчетных зимних температур наружного воздуха -10, -20, -30, -40, -50 °С, следует производить с климатическими параметрами, отопительного периода соответственно:

продолжительность отопительного периода 150, 180, 210, 240 и 270 сут;

средняя температура наружного воздуха за отопительный период 5, 0, -5, -10, -15 °С.

При типовом проектировании единовременные затраты С_д, руб/м², следует определять по единым районным единичным расценкам на строительные работы для 1 территориального района (подрайона 1а) и базисным ценам на местные строительные материалы и конструкции для Московской обл, а стоимость тепловой энергии принимать равной С_т=3,58 руб/ГДж. Коэффициенты теплопроводности материалов следует принимать по прил. [3*] при условии эксплуатации Б.

2.7. При расчете экономически целесообразного сопротивления теплопередаче R_о^эк ограждающих конструкций животноводческих и птицеводческих зданий в соответствии с п. [2.15*] длительность отопительного периода z_от.пер сут, и средняя .температура наружного воздуха за отопительный период t_от.пер, °С, определяются в зависимости от граничной наружной температуры отопительного периода t^г_н, °С, при которой следует начинать (заканчивать) снабжение этих зданий техническим теплом.

При привязке животноводческого или птицеводческого здания к конкретным условиям строительства значение граничной наружной температуры отопительного периода t^г_н, °С, следует определять из уравнений тепловлажностного баланса соответствующего помещения без подачи технического тепла.

Для основных типов животноводческих и птицеводческих помещений значения t^г_н допускается принимать по прил. 15.

Длительность z_от.пер сут, и среднюю температуру наружного воздуха t_от.пер., °С, за отопительный период в зависимости от граничной температуры t^г_н, °С, для ряда географических пунктов СССР следует принимать по прил. 16.

Стоимость тепловой энергии С_т, руб/ГДж, в формуле [17] для животноводческих и птицеводческих зданий определяется на основе расчетных калькуляций на тепловую энергию в зависимости от источника теплоснабжения и вида топлива.

Величину С_т допускается определять по прил. 2 с коэффициентом 1,1.

При типовом проектировании ограждающих конструкций животноводческих и птицеводческих зданий основные климатологические характеристики наружного воздуха следует принимать по прил. 17 применительно к пяти условным климатическим районам со средними температурами наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92, равными соответственно -10, -20, -30, -40 и -50, При типовом проектировании затраты С_д, руб/м², следует определять в соответствии с указаниями п. 2.5, а стоимость тепловой энергии допускается принимать равной С_т=3,94 руб/ГДж. Коэффициенты теплопроводности материалов следует принимать по прил. [3*] при условии эксплуатации Б.

Примеры расчета экономически целесообразного сопротивления теплопередаче R_о^эк

Пример 1. Определить толщину наружной стены жилого здания из керамзитобетонных панелей.

Стена имеет внутренний отделочный и наружный защитно-декоративный слой из цементно-песчаного раствора с толщиной соответственно d₁=l,5 см и d₂=2 см. Высота здания 45 м. Установка наружных стеновых панелей производится с разрезкой на этаж.

А. Исходные данные

1. Пункт строительства - г. Хабаровск.

2. Параметры внутреннего воздуха: температура t_в=18°С, относительная влажность j_в=60%.

3. Влажностный режим помещения нормальный. Согласно прил. [1] и [2] принимаем условия эксплуатации Б.

4. Величины теплотехнических показателей и коэффициентов в формулах [1]-[4], [17]:

t_н=-32,5°С (табл. [5*] и СНиП 2.01.01.82); n=l (табл. [3*], п,1); Dt^н=6°С (табл. [2*], п.1); a_в=8,7 Bт/(м²·°C) и a_н=23 Вт/(м²·°С); (табл.[4*], п.1 и табл. [6*], п.1); r_эф=1,1 (табл. [9а*], п.1); z_от.пер=205 сут и t_от.пер=10,1°С (СНиП 2.01.01.82), таблица «Температура наружного воздуха», гр. 22 и 23); С_т=5,02 руб/ГДж (принято по прил. 2).

Теплотехнические показатели материалов слоев конструкции при условии эксплуатации Б:

керамзитобетон на керамзитовом песке плотностью 1000 кг/м³, коэффициент теплопроводности 0,41 Вт/(м²·°С) - прил. [3*], п. 21; цементно-песчаный раствор плотностью 1800 кг/м³, коэффициент теплопроводности 0,93 Вт/(м²·°С) - прил. [3*], п. 71.

Б. Порядок расчета

1. Требуемое сопротивление теплопередаче по формуле [1]

 м²·°С/Вт.

2. Определяем толщину и сопротивление теплопередаче R_o первого варианта стены для расчета R_о^эк по п. [2.15*].

В качестве первого варианта принимается конструкция, приведенное сопротивление теплопередаче которой R_о^пр равно или близко величине R_о^тр r_эф=0,967·1,1=1,064 м²·°С/Вт (r_эф принимается по табл. [9а*]).

Вычисляем толщину d_к.б керамзитобетонного слоя стены, приведенное сопротивление теплопередаче которой равно 1,064 м²·°С/Вт. Подставляя в формулу

соответствующие значения величин, получим:

,

откуда d_к.в=0,379 м и d (толщина стены)=0,41 м.

В вычислениях было учтено, что коэффициент теплотехнической однородности стен из однослойных панелей r=0,95.

В качестве первого варианта (с учетом унифицированной толщины) принимается стена толщиной 0,4 м (см. Прейскурант № 06-08, п. 9.61). Приведенное сопротивление теплопередаче этого варианта стены R_о^пр=1,032 м²·°С/Вт.

3. Определение единовременных затрат С_д для стены из керамзитобетонных панелей толщиной 0,4 м:

а) в соответствии с Прейскурантом № 06-08 г. Хабаровск относится к XI поясу и оптовая цена конструкции Ц=37,38 руб/м² (п. 9.61);

б) Транспортные расходы по п. 2.6, б при дальности перевозки панелей - 50 км.

В данном случае: Р=0,428 т/м²; K₁=1,21; Т₁=0,75 руб/т; n=1; H=25%; Т₂=3 руб/т; Ц₁=0,8 руб/м³; V=0,4 м³/м².

Подставляя указанные величины в формулу (3), получим

Т=0,428[1,21·0,75+1(1+0,01·25)3]+0,8·0,4=2,31 руб/м²;

в) стоимость монтажа С_м стены из панелей определяем по п. 7-553 СНиП IV-5-82. ЕРЕР, Сб. № 7, С_м=5,26 руб/м².

Площадь панели F=13,5 м²;  руб/м²;

г) подставляя величины Ц=37,38 руб/м², Т=2,31 руб/м², С_м=0,39 руб/м² в формулу [17а], получим

С_д=1,25[(37,38+2,31)1,02+0,39]=51,09 руб/м².

4. Приведенные затраты по формуле [17]

 руб/м².

5. Аналогично определяются величины R_о^пр, Ц, Т, С_м и П для конструкций с толщинами 0,5 и 0,55 м.

Данные расчета приведены в табл. 1.

Таблица 1

6. На основании данных расчета по минимуму приведенных затрат П (п. [2.15*]) принимается наружная стена из керамзитобетонных панелей толщиной 0,5 (R_o=R_о^эк=1,27> R_о^тр=0,967 м²·°С/Вт.

Решение примера 1 на микрокалькуляторе типа «Электроника» (см. прил. 12):

а) рассчитаем R_о^тр по программе 1 первой группы, предположив, что величина тепловой инерции ограждения лежит в интервале (4<D<7)

23 П2 8,7 П4     0,96743286

В/О С/П 6­1­18­32,5 /-/ С/П         R_о^тр

б) по программам 4 и 3 первой группы рассчитаем R_o и D соответственно, назначив толщину конструкции 0.4 м

23 П

2 БП26 С/П |2| 0,035­0,93 С/П |1| 0,365­0,41

С/П С/П

2 БП12 С/П |2| 11,09 С/П 0,035­0,93 С/П |1|

6,13 С/П 0,365­0,41 С/П

Принятая в качестве t_н температура наиболее холодных трех суток правильная;

в) подберем первый вариант конструкции по программам 1 и 3а третьей группы:

23П2 8,7 П4 18П5 205 П6 10,1 |-| П7 5,02 П8 0,95П9

В/О С/П 0,967¯ 1,1 С/П

2 БП06 С/П |2| 0,035­0,93 С/П |1| 0,35­

0,41 С/П  С/П

2 БП06 С/П |2| 0,035­0,93 С/П |1| 0,40­

0,41 С/П  С/П

г) в качестве первого варианта с учетом унифицированной толщины примем стену толщиной 0,4 м, для которой рассчитаем R_o по формуле 3б третьей группы.

2 БП06 С/П |2| 0,035­0,93 С/П |1| 0,365­0,41 С/П ;

д) рассчитаем транспортные расходы по программе 5 третьей группы

БП72 С/П 1­3­25 С/П 0,428­1,21­0,75 С/П 0,8­0,4 С/П

e) рассчитаем П по программе 4 третьей группы

БП30 С/П 37,38 С/П 0,39 С/П ;

ж) повторим пп. 4, 5 и 6 для конструкции с толщиной 0,45, 0,5 и 0,55 м

2 БП06 С/П |2| 0,035­0,93 С/П |1| 0,415­0,41 С/П

БП72 С/П 1­3­25 С/П 0,485­1,21­0,75 С/П 0,8­0,45 С/П

­БП30 С/П 38,91 С/П 0,39 С/П

¯2БП06 С/П |2| 0,035­0,93 С/П |1| 0,465­0,41 С/П

БП72 С/П 1­3­25 С/П 0,535­1,21­0,75 С/П 0,8­0,5 С/П

­БП30 С/П 40,44 С/П 0,39 С/П

¯2БП06 С/П |2| 0,035­0,93 С/П |1| 0,515­0,41 С/П

БП72 С/П 1­3­25 С/П 0,585­1,21­0,75 С/П 0,8­0,55 С/П

БП30 С/П 41,97 С/П 0,39 С/П

Минимум П при толщине стены 0,5 м.

Пример 2. Определить, какую из панелей наружных стен экономически целесообразно применять в жилых домах:

керамзитобетонные трехслойные панели с соединительными ребрами (жесткие связи) и утеплители из пенополистирола плотностью 40 кг/м³;

железобетонные трехслойные панели с гибкими связями и утеплителем из пенополистирола плотностью 40 кг/м³.

А. Исходные данные

1. Пункт строительства - Москва.

2. Параметры внутреннего воздуха: температура t_в=18°С, относительная влажность - не нормируется.

3. Влажностный режим помещения - нормальный; условия эксплуатации Б.

4. Величины теплотехнических показателей и коэффициентов в формулах [1]-[4], [17]:

t_н=-32°С (СНиП 2.01.01-82); n=1 (табл. [3*], п. 1);

Dt_н=6°С (табл. [2*], п. 1); a_в=8,7 Вт/(м²·°С) и a_н=23 Вт/(м²·°С) (табл. [4*], п.1 и табл. [6*], п. 1); z_от.пер.=213 сут и t_от.пер=-3,6°С, (СНиП 2.01.01-82), С_т=3,58 руб/ГДж (по прил. 2).

Характеристики панелей и теплотехнические показатели материалов при условии эксплуатации Б и коэффициент теплотехнической однородности приведены соответственно в табл. 2 и 3. Требуемое сопротивление теплопередаче по формуле [1] равно 0,958 м²·°С/Вт

Таблица 2

Таблица 3

Примечание. R_о определяется по формуле [11], коэффициент теплотехнической однородности панельных трехслойных стен r - по прил. [13*].

Б. Порядок расчета

1. Рассматриваемые варианты конструкций должны удовлетворять условию R_о³R_о^тр (см. табл. 3).

Указанному условию удовлетворяют следующие конструкции: трехслойные на жестких связях толщиной d=35 и 40 см; трехслойные на гибких связях толщиной d=30 и 35 см.

2. Единовременные затраты С_д (стоимость конструкции «в деле») определяются по формуле [17а].

Так как в действующих прейскурантах отсутствуют оптовые цены на все рассматриваемые в примере конструкции, то вместо оптовых цен принимаются расчетные стоимости С_к (см. п. 2.5).

Транспортные расходы Т определяются по СНиП IV-4-84. Сборник сметных цен на перевозки грузов для строительства. Ч. 1. Учитываются автомобильные перевозки на условное расстояние 100 км. Расчетная стоимость С_к, и транспортные расходы Т рассматриваемых конструкций приведены в табл. 4.

Таблица 4

Таблица 5

Стоимость монтажа С_м сборных железобетонных конструкций определяется по Сб. 7 ЕРЕР-84. Для рассматриваемых конструкций С_м=1,9 руб/м².

3. Затраты на отопление С_от, руб/м², за срок службы здания в соответствии с формулой [17]

Подставляя в полученное выражение величины R_о из табл. 3, получим стоимость отопления для рассматриваемых конструкций. Единовременные затраты, затраты на отопление и приведенные затраты по конструкции приведены в табл. 5.

Из анализа табл. 5 видно, что наименьшую величину приведенных затрат П имеют наружные стены из трехслойных панелей толщиной 30 см на гибких связях, которые экономически целесообразно применять в соответствии с п. [2.16*].

Пример 3. Имеется два типа трехслойных стеновых панелей серии 90 с внешним - наружным и внутренним слоями из керамзитобетона на керамзитовом песке и средним слоем из полистирольного пенопласта при соединении внешних слоев армированными керамзитобетонными ребрами по контуру панели и проема. Площадь панели F₂=6,39 м², площадь ребер F₁=2,73 м² (см. рис. 6 примера 11). Панели имеют внутренний отделочный и наружный защитно-декоративный слой из цементно-песчаного раствора толщиной 2 см. Толщины указанных панелей и их средних утепляющих слоев равны соответственно 35 и 10 см; 35 и 15 см; 40 и 12 см.

Определить, какой из двух типов панелей экономически целесообразно применить в наружных стенах жилого дома высотой 50 м, строящегося в г. Кемерове.

А. Исходные данные

1. Параметры внутреннего воздуха; температура t_в=18°С; относительная влажность j_в=60%.

2. Согласно прил. [1] и [2] принимаем условия эксплуатации А.

3. Величины теплотехнических показателей и коэффициентов в формулах [1]-[4], [17]:

t_н=-40,5°С (табл. [5*] и СНиП 2.01.01-82); n=1 (табл. [3*], п. 1); Dt^н=6°С (табл. [2*], п. 1); a_в=8,7 Вт/(м²·°С) и a_н=23 Вт/(м²·°С) (табл. [4*], п. 1 и табл. [6*], п. 1), z_от.пер=232 сут и t_от.пер=-8,8°С (СНиП 2.01.01-82.

таблица «Температура наружного воздуха», гр. 22, 23); С_т=3,11 руб/ГДж (прил. 2). Теплотехнические показатели материалов слоев конструкции при условии эксплуатации А: керамзитобетон на керамзитовом песке плотностью 1400 кг/м³, коэффициент теплопроводности 0,56 Вт/(м²·°С) (прил. [3*], п. 19), пенополистирол g=40 кг/м³, коэффициент теплопроводности 0,041 Вт/(м²·°С) (прил. [3*], п. 144), цементно-песчаный g=1800 кг/м³, коэффициент теплопроводности 0,76 Вт/(м²·°С) (прил. [3*], п. 71).

Б. Порядок расчета

1. Требуемое сопротивление теплопередаче по формуле [1]:

 м²·°С/Вт.

2. Определение единовременных затрат С_д для стены из панелей толщиной 35 см и средним утепляющим слоем 10 см:

а) В соответствии с таблицей поясного деления (см. Прейскурант № 06-08. Ч. 1) г. Кемерово относится к VII поясу. По дополнительному Прейскуранту № 06-08-1981/30 оптовая цена указанной панели для VII пояса Ц=29,87 руб/м² (п. 9.2450);

б) транспортные расходы по п. 2.6, б при дальности перевозки панелей автомобильным транспортом 50 км.

В данном случае Р=0,37 т/м², K₁=1,11; Т₁=0,75 руб/т; n=1; Н=25%; Т₂=2,64 руб/т; Ц₁=0,8 руб/м³; V=0,35 м³/м².

Подставляя указанные величины в формулу (3), получим

Т=0,37[1,11·0,75+1(1+0,01·25)2,64]+0,8·0,35=1,809 руб/м²;

в) стоимость монтажа С_м стены из бетонных панелей определяем по п. 7.533 СНиП IV-5-84. ЕРЕР, Сб. № 7. Затраты на установку панели равны С_м=5,26 руб., площадь панели F₂=6,39 м².

 руб/м²

г) подставляя величины Ц=29,87 руб/м², Т=1,809 руб/м²; С_м=0,82 руб/м² в формулу [17а], получим

С_д=1,25[(29,87+1,809)1,02+0,82]=41,416 руб/м².

3. Определение приведенного сопротивления теплопередаче R_o стены из панелей толщиной 35 см и средним утепляющим слоем 10 см.

а) сопротивление теплопередаче панельной стены без учета теплопроводных включений по формуле [4]

 м²·°С/Вт;

б) коэффициент теплотехнической однородности r по прил. [13*] при ;

r₁=0,444 (прил. 3), где табл. [1] из прил. [13*] дана более подробно; r₂=0,9 (табл. [2], прил. [13*]); r=0,444·0,9=0,399;

в) приведенное сопротивление теплопередаче R_o по формуле [11]

R_о=3,025·0,399=1,207 м²·°С/Вт

4. Приведенные затраты по формуле [17]

 руб/м².

5. Аналогично определяются величины R_o, Ц, Т, С_м и П для других ограждающих конструкций (данные расчета приведены в табл. 6)

Таблица 6

6. Из данных табл. 6 следует, что из трех указанных панелей экономически целесообразно применять в стенах жилых домов, строящихся в г. Кемерове, панели толщиной 35 см и с утеплителем толщиной 15 см (R_o=R_о^эк>R_о^тр и приведенные затраты минимальны).

Пример 4. Определить, какие окна с деревянными переплетами экономически целесообразно применять в жилых зданиях, строящихся в г. Дмитрове Московской обл.

А. Исходные данные

1. Расчетная температура внутреннего воздуха t_в=18°С.

2. Средняя температура наиболее холодной пятидневки t_н=-28°С (СНиП 2.01.01-82, таблица «Температура наружного воздуха», гр. 21).

3. Величины показателей в формуле [17]: t_от.пер=-3,8°С, z_от.пер=217 сут (СНиП 2.01.01-82); С_т=3,58 руб/ГДж (прил. 2).

4. Отношение площади остекления к площади окна равно 0,8.

Б. Порядок расчета

1. Требуемое сопротивление теплопередаче окон R_о^тр=0,42 м²Х°С/Вт (табл. [9*], п. 1, гр. 3, при t_в-t_н=46°С).

2. Выбираем из прил. [6*] типы окон жилых зданий, имеющих R_о> R_о^тр учетом поз. 4 исходных данных. Для экономического расчета выбираются окна:

с двойным остеклением в деревянных раздельных переплетах (R_о=0,42 м²·°С/Вт);

с тройным остеклением в деревянных раздельно-спаренных переплетах (R_o=0,55 м²·°С/Вт).

3. Единовременные затраты С_д, руб/м², входящие в формулу [17], определяются по сметным ценам, введенным в действие с 1 января 1982г. Для окон с двойным остеклением в деревянных переплетах единовременные затраты по формуле [17а] составляют:

С_д=1,25[(23+4,47)1,02+(0,92+3,4+1,17)]=41,9 руб/м²,

где 23 руб/м² - сметная цена оконного блока (СНиП IV-4-84, ч. II, Строительные конструкции и детали); 4,47 руб/м² - стоимость установки оконного блока (СНиП IV-5-84, Сб, 10. Деревянные конструкции); 0,92 руб/м² - стоимость установки подоконных досок (СНиП IV-5-84, Сб. 10. Деревянные конструкции); 3,4 руб/м² - стоимость остекления оконных переплетов (Прейскурант №07-27-01 «Оптовые цены на детали и конструкции из дерева строительные»); 1,17 руб/м² - стоимость подоконной доски (СНиП IV-4-84, ч. II, Строительные конструкции и детали).

Аналогично определяются единовременные затраты С_д для других заполнений световых проемов (данные расчета приведены в табл. 7).

4. Приведенные затраты П, руб/м², по формуле [17]

 руб/м².

Аналогично определяются приведенные затраты П для тройного остекления световых проемов (табл. 7).

Таблица 7

5. Итоговые данные расчета подтверждают экономическую целесообразность применения двойного остекления в деревянных раздельных переплетах.

Определение приведенного сопротивления теплопередаче R^пр

2.8. Приведенное сопротивление теплопередаче R_о^пр, м²·°С/Вт, неоднородной ограждающей конструкции (или ее участка определяется по формуле

,                                                         (4)

где Q - тепловой поток через ограждающую конструкцию (или ее участок), Вт; F - площадь конструкции (или ее участка), м²; t_в, и t_н - температура соответственно внутреннего и наружного воздуха, °С.

В общем случае тепловой поток Q определяется по результатам численного расчета на ЭВМ температурного поля конструкции, как указано в прил. 14. В зависимости от типа ограждающей конструкции, ее неоднородностей и наличия различных примыкающих конструкций возможно использование программ для расчета двумерных или трехмерных температурных полей (примеры 5-8).

Таблица 7

Для некоторых частных случаев допускается использовать упрощенные (без применения ЭВМ) методы расчета приведенного сопротивления теплопередаче неоднородной ограждающей конструкции или ее участка по формуле [11], где R_о^усл определяется в соответствии с п. 2.9 (примеры 9-13).

Для неоднородных трехслойных панельных стен с теплоизоляционными вкладышами или на однотипных гибких металлических связях с равномерным шагом коэффициент теплотехнической однородности r определяется по прил. [13*] (примеры 9-11). Табл. 1 прил. (13*] в расширенном виде представлена в прил. 3.

Для неоднородных ограждающих конструкций, включающих протяженные теплопроводные включения типа I, IIа, II6, III и IV - по прил. [5*], (пример 11), коэффициент теплотехнической однородности определяется по формуле

,                                                    (5)

где F - общая площадь конструкции, м²; т - число теплопроводных включений в конструкции; a_i и L_i - соответственно ширина и длина i-го теплопроводного включения, м; К_i - коэффициент, зависящий от типа i-го теплопроводного включения. Для неметаллических включений определяется по табл. 7, для металлических - по формуле

.                                                           (6)

Здесь y_i - коэффициент, зависящий от типа теплопроводного включения, определяемый по табл. 8, d_i и l_i - то же, что в прил. [5*]. Остальные обозначения те же, что в формуле [13].

Для ограждающих конструкций из трехслойных железобетонных панелей (с проемами или без них) с разнотипными гибкими металлическими связями коэффициент теплотехнической однородности г определяется по формуле

,                                                            (7)

где F_o - общая площадь панели без учета площади проема, м²; F_i - площадь зоны влияния i-го теплопроводного включения, м², определяемой по формулам (8)-(11); f_i - коэффициент влияния i-го теплопроводного включения, определяемый для отдельных элементов по табл. 9; n - число теплопроводных включений.

Таблица 8

Таблица 9

Площадь F_i зоны влияния i-го теплопроводного включения при толщине панели d_п, м, определяется по формулам:

а) для стыков длиной l, м

F_i=ld_п;                                                                      (8)

б) для горизонтальных и вертикальных оконных откосов длиной соответственно l₁ и l₂, м

F_i=2d_п(l₁+l₂)+pd²_п;                                                       (9)

в) для теплопроводных включений прямоугольного сечения шириной а и высотой b, м

F_i=(a+2d_п)(b+2d_п);                                                      (10)

г) для теплопроводных включений типа «гибких связей» (распорки-шпильки, распорки-стержни и пр.)

F_i=2d²_п.                                                                 (11)

2.9. Могут применяться также следующие способы определения приведенного сопротивления теплопередаче R_о^пр. Для ограждающих конструкций, в которых конструктивное решение отдельных слоев неоднородно (многослойная каменная стена облегченной кладки с теплоизоляционным слоем и т.п.), R_о^пр определяется в соответствии с пп. [2.6*, 2.8, 2.9*]. Данные R_о^пр и r некоторых ограждающих конструкций приведены в прил. 4.

Для ограждающей конструкции, включающей участки с различными термическими сопротивлениями, R_о^пр можно определять по формуле

,                                                                (12)

где F_i и R_oi - соответственно площадь i-го участка ограждающей конструкции, м², и его сопротивление теплопередаче, м²·°С/Вт;  - общая площадь конструкции, м²;

m - число участков конструкции с различными термическими сопротивлениями.

Рис. 1. Схема разбивки на расчетные участки стеновой панели для определения R_о^пр

A - для панели с оконным проемом; Б - для панели с проемом для окна и двери; 1, 2 - перемычка; 3, 4 - простенок; 5 - подоконный участок 6 - поддверной участок

Так, например, для стеновой панели с оконным проемом или проемом для окна и двери одна из возможных схем разбивки на расчетные участки показана на рис. 1. Определение приведенного сопротивления теплопередаче каждого участка производится на основании расчета на ЭВМ температурных полей узлов сопряжения конструктивных элементов панели или экспериментально по ГОСТ 26254-84. Приведенное сопротивление теплопередаче панели определяется на основании приведенных сопротивлений теплопередаче характерных участков по формуле

,                                              (13)

где F - площадь панели (за вычетом площади окна) по наружному обмеру, м²; F₁, F₂, F₃, F₄, F₅ и R_0,1^пр, R_0,2^пр, R_0,3^пр, R_0,4^пр, R_0,5^пр -площади, м², и приведенные сопротивления теплопередаче обозначенных на рис. 1 участков стены (простенка, перемычки, подоконного участка, верхних и нижних угловых участков), м²·°С/Вт.

2.10. Приведенное сопротивление теплопередаче окон, балконных дверей и фонарей определяется по прил. [6*].

Примеры расчета приведенного сопротивления теплопередаче с использованием ЭВМ

Пример 5. Требуется определить приведенное сопротивление теплопередаче неоднородной стеновой панели.

А. Исходные данные

1. Конструкция панели изображена на рис. 2. Она состоит из двух стальных профилированных листов с коэффициентом теплопроводности 58 Вт/(м·°С), между которыми размещены минераловатные полужесткие плиты плотностью 200 кг/м³ с коэффициентом теплопроводности 0,08 Вт/(м·°С). Листы соединяются между собой стальными профилями через бакелизированные фанерные прокладки толщиной 8 мм, с коэффициентом теплопроводности 0,18 Вт/(м·°С).

2. В расчете приняты следующие условия на сторонах ограждения:

снаружи - t_н=-30°С и a_н=23 Вт/(м²·°С);

внутри - t_в=18°С и a_в=8,7 Вт/(м²·°С).

Б. Порядок расчета

На процесс теплопередачи в рассматриваемой конструкции оказывают существенное влияние стальные профили, соединяющие профилированные листы обшивки друг с другом и образующие так называемые мостики холода. Для разрыва этих мостиков холода профили присоединены к листам через фанерные прокладки. Участок конструкции с ребром посередине возможно выделить для расчета температурного поля.

Температурное поле рассматриваемого участка двухмерно, так как распределение температуры во всех плоскостях, параллельных плоскости поперечного сечения конструкции, одинаково. Профили в основной части находятся на расстоянии 2 м один от другого, поэтому при расчете можно учесть ось симметрии посредине этого расстояния.

Рис. 2. Конструкция панели типа "сэндвич" и чертеж исследуемой области

1 - минераловатные плиты; 2 - профилированные стальные листы; 3 - стальные профили; 4 - фанерные прокладки

Исследуемая область (см. рис. 2) имеет форму прямоугольника, стороны которого являются естественными границами ограждающей конструкции, на которых задаются условия теплообмена с окружающей средой, а остальные две - осями симметрии, на которых возможно задавать условия полной теплоизоляции, т.е. тепловой поток в направлении оси ох, равный нулю.

Исследуемая область для расчета согласно прил. 14 была расчленена на 1215 элементарных блоков с неравномерными интервалами.

В результате расчета двухмерного температурного поля на ЭВМ получен осредненный тепловой поток, проходящий через рассчитанный участок ограждающей конструкции, равный Q=52,25 Вт, Площадь рассчитанного участка составляет f=2 м².

Приведенное сопротивление теплопередаче рассчитанного фрагмента по формуле (4)

R_о^пр=(18+30)(2/52,25)=1,837 м²·°С/Вт.

Для сравнения сопротивления теплопередаче вне теплопроводного включения по формуле [4]

 м²·°С/Вт

Температура внутренней поверхности в зоне теплопроводного включения по расчету на ЭВМ равна 8,55°С. Проверим на условие выпадения конденсата. При t_в=18°С и j=55% по прил. 1 температура точки росы t_р=8,83°С, что выше температуры поверхности по теплопроводному включению, следовательно при расчетной температуре наружного воздуха -30°С будет выпадение конденсата и конструкция нуждается в доработке.

Расчетная температура наружного воздуха, при которой не будет выпадения конденсата, определяется по формуле (2) прил. 14.

°С

Пример 6. Определить приведенное сопротивление теплопередаче участке трехслойной ограждающей конструкции - стеновой панели с гибкими связями из металла.

А. Исходные данные

1. Конструкция панели представлена на рис. 3. Пунктиром обозначен участок конструкции, более детально приведенный на рис. 3. Между слоями бетона (1) толщиной 60 и 80 мм помещен слой утеплителя (2) из пенополистирола толщиной 120 мм. Стальные арматурные сетки (3) выполнены из стержней диаметром 6 мм с размерами ячеек 300 на 600 мм. Железобетонные слои соединены с помощью металлических стержней (4) - гибких связей, расположенных против узлов арматурных сеток. Железобетонные слои имеют коэффициент теплопроводности 1,74 Вт/(м·°С); утеплитель - 0,04 Вт/(м·°С) и стальные стержни - 58 Вт/(м·°С).

Рис. 3. Конструкция панели и схема расчета трехмерной задачи на ЭВМ

а - схема панели; б - участок ABCD, выделенный дли расчета; в - то же, A₁B₁С₁D₁ для расчета на ЭВМ

2. В расчете приняты следующие условия на поверхностях ограждения по данным эксперимента:

снаружи - t_н=-20°С и a_н=14,3 Вт/(м²·°С);

внутри - t_в=20°С и a_в=7,7 Вт/(м²·°С).

Б. Порядок расчета

Процесс теплопередачи в рассматриваемой конструкции существенно трехмерен, так как потоки тепла интенсивно распространяются по металлическим стержням, образующим каркас. Поэтому необходим расчет трехмерного температурного поля.

Выделим для расчета только часть конструкции (см. рис. 3) исходя из следующих соображений. Температурное поле симметрично относительно двух плоскостей сечений, проходящих через оси стержней гибких связей и стержней арматурной сетки. Оно также симметрично относительно двух плоскостей сечений, проходящих через середины сетки и перпендикулярных стержням. Поэтому по условию симметрии на этих плоскостях перпендикулярные плоскостям сечений тепловые потоки можно принять равными нулю.

Исследуемая область была расчленена на 4200 элементарных прямоугольных параллелепипедов параллельными плоскостями, перпендикулярными координатным плоскостям и отстоящими одна от другой на неравномерные интервалы. В результате расчета на ЭВМ получены поле температур и поле тепловых потоков. При площади поверхности рассматриваемого участка F=0,045 м² осредненный тепловой поток составил Q=0,589 Вт и приведенное сопротивление теплопередаче, вычисленное по формуле (4), равно:

 м²·°С/Вт.

Для сравнения укажем, что приведенное сопротивление теплопередаче такого же участка панели без гибких связей составляет R_о^усл=3,21 м²·°С/Вт, т.е. коэффициент теплотехнической однородности рассчитываемой панели равен r=0,95. Незначительное влияние оказывают гибкие связи рассматриваемого типа и на температуру внутренней поверхности. Так, рассчитанные температуры внутренней поверхности против стержня гибкой связи t_в=18,15°С, а в точке, равноудаленной от связей t_в=18,34°С, а такой же поверхности, но в конструкции без гибких связей, t_в=18,38°С, т.е. наличие гибкой связи вызывает снижение температуры внутренней поверхности на 0,23°С.

Пример 7. Определить приведенное сопротивление теплопередаче экструзионной панели совмещенной крыши.

А. Исходные данные

1. Конструкция панели совмещенной крыши (рис. 4) размером 3180´3480´270 мм представляет в сечении трехслойную оболочку, Наружный и внутренний слои толщиной 50 и 60 мм из железобетона с коэффициентом теплопроводности 2,04 Вт/(м·°С). Средний теплоизоляционный слой из пенополистирольных плит с коэффициентом теплопроводности 0,05 Вт/(м·°С). Каждая из оболочек имеет параллельные один другому на расстоянии 700 мм ребра по 60 и 40 мм, доходящие до середины теплоизоляционных слоев. Направления ребер оболочек взаимно перпендикулярны и таким образом каждое ребро одной оболочки примыкает к ребру другой оболочки на площадках 60´40 мм.

2. В расчете приняты следующие условия на поверхностях ограждения

снаружи - t_п=-40°С и a_н=23 Вт/(м²·°С);

внутри - t_в=18°С и a_в=8,7 Вт/(м²·°С).

Рис. 4. Схема конструкции панели совмещенной крыши

Б. Порядок расчета

Процесс теплопередачи в такой ограждающей конструкции трехмерен, так как распределение температур определяется не только потоками тепла, перпендикулярными плоскости ограждения, но и потоками тепла в его плоскости. Поле температур симметрично относительно координатных плоскостей, поэтому для расчета возможно вырезать исследуемую область конструкции плоскостями, параллельными координатным (на рис. 4 помечено буквами ADBC). На рис. 5 аксонометрическая проекция этой части конструкции. Условия теплообмена: на плоскостях AOD'D, CC'OA, BB'D'D, CC'B'B тепловые потоки, перпендикулярные осям координат ОХ и СУ, равны нулю; на плоскостях ACBD и OC'B'D' возможно задать граничные условия второго рода - для плоскости ACBD t_н=-40°С и a_н=23 Вт/(м²·°С), для плоскости OC'B'D' t_в=18°С и a_в=8,7 Вт/(м²·°С).

Согласно принятой методике расчета трехмерного температурного поля исследуемая область расчленяется на 3528 элементарных параллелепипедов. Расчет выполняется на ЭВМ. В результате расчета получаем осредненный тепловой поток Q=3,108 Вт. Площадь рассчитанного фрагмента F=0,35·0,35=0,1225 м².

Приведенное сопротивление теплопередаче рассчитанного участка и всей панели определяется по формуле (4)

 м²·°С/Вт

Пример 8. Определить приведенное сопротивление теплопередаче трехслойной конструкции стеновой панели с обрамляющими ребрами.

Рис. 5. Схема расчета конструкции панели совмещенной крыши

А. Исходные данные

1. Конструкция стеновой панели Н5В дома серии 90 из керамзитобетона плотностью 1400 кг/м³ с коэффициентом теплопроводности 0,65 Вт/(м·°С) приведена на рис. 6. Средний теплоизоляционный слой из пенополистирольных плит толщиной 15 см плотностью 40 кг/м³ с коэффициентом теплопроводности 0,05 Вт/(м·°С). Панель размером 2990´2900´400 мм имеет окно 1510´1510 мм.

2. В расчете приняты следующие условия на поверхностях ограждения.

снаружи t_н=-30°С и a_н=23 Вт/(м²·°С);

внутри t_в=18°С и a_в=8,7 Вт/(м²·°С).

Б. Порядок расчета

Так же, как и в предыдущем примере величину Q определяем расчетом трехмерного температурного поля. При расчете границы панели принимаем в середине вертикального и горизонтального стыков, при этом толщиной слоя раствора пренебрегаем. Таким образом, получаем высоту панели 2770 мм, ширину 2900 мм.

По условию симметрии температурного поля при расчете можно рассмотреть половину панели, расположить ее относительно осей координат, как показано на рис. 6.

Рис. 6. Схема конструкции и расчета стеновой панели с обрамляющими ребрами

а - схема панели; б - участок CBAD; выделенный для расчета на ЭВМ

Определим граничные условия. На плоскостях АОВ'B, DD'C'C, AOD'D и BB'C'C тепловые потоки равны нулю. На плоскостях AВСD и OB'C'D' - указанные выше условия теплообмена второго рода.

Согласно методике расчета исследуемая область расчленяется на 4446 элементарных параллелепипедов. В результате расчета на ЭВМ осредненный тепловой поток через поверхность Q=101,61 Вт.

Приведенное сопротивление теплопередаче (по формуле (4)):

 м²·°С/Вт

Рис. 7. Схема конструкции стеновой панели на гибких связях с расчленением на расчетные участки

Примеры расчета приведенного сопротивления теплопередаче без использования ЭВМ

Пример 9. Определить приведенное сопротивление теплопередаче R_о^пр трехслойной железобетонной стеновой панели дома серии 90 с гибкими связями с эффективным утеплителем.

А. Исходные данные

Схема панели представлена на рис. 7. Конструктивные слои толщиной 80 и 120 мм выполнены из тяжелого бетона плотностью 2400 кг/м³ с коэффициентом теплопроводности 1,86 Вт/(м·°С). Утеплитель толщиной 100 мм из пенополистирола марки ПСБ-С плотностью 40 кг/м³, с коэффициентом теплопроводности 0,05 Вт/(м·°С). Гибкие связи, подкосы и подвески выполнены из стальных прутков диаметром 5 и 8 мм.

В. Порядок расчета

Определим условное сопротивление теплопередаче без гибких связей

 м²·°С/Вт

Приведенное сопротивление теплопередаче панели определим путем расчленения ее на характерные расчетные участки и вычисления приведенного сопротивления участков по формуле [11]. Схема разбивки панели на расчетные участки, принятая из условия расположения связей в центрах частей участка, представлена на рис. 7. Приведенное сопротивление участков R_о,i вычисляем по прил. [13*] при расстоянии между связями 0,6 м. Величины r для диаметра связи 5 мм определим экстраполяцией табличных значений (табл. [3] прил. [13*]). Результаты расчета сведены в табл. 10.

Таблица 10

SF_i=6,39 м²    SF_i/R_oi=3,65

Приведенное сопротивление теплопередаче панели вычислим по формуле (12). В результате получим R_о^пр=6,39/3,653=1,749 м²·°С/Вт.

Необходимо отметить, что в результате расчета двухмерных и трехмерных температурных полей характерных участков панели получены R_о^пр=1,654 м²·°С/Вт, а в результате теплотехнических испытаний фрагментов конструкции в климатической камере R_о^пр=1,72 м²·°С/Вт.

Пример 10. Определить приведенное сопротивление теплопередаче керамзитобетонной панели серии Н60-15Т с теплоизоляционными минераловатными вкладышами толщиной 100 мм.

А. Исходные данные

Конструкция панели представлена на рис. 8. Панель размером 5980Х1485Х300 мм площадью 8,88 м² изготовлена из керамзитобетона плотностью 1200 кг/м³ с коэффициентом теплопроводности 0,44 Вт/(м·°С) на керамзитовом песке. Внутри панели вложены пять термовкладышей из минераловатных плит повышенной жесткости плотностью 200 кг/м³ с коэффициентом теплопроводности 0,07 Вт/(м·°С) размером от 680´1325´100 до 1200´1325´100 мм. По краям панели и в середине ее расположены ребра из керамзитобетона шириной от 80 до 250 мм, соединяющие слои керамзитобетона с наружной и внутренней сторон. При расчете приняты следующие коэффициенты теплоотдачи поверхностей: снаружи - 23, внутри - 8,7 Вт/(м²·°С).

Б. Порядок расчета

Расчет произведем в соответствии с прил. [13*]. Площадь ребер в панели

F₁=2·5,98·0,08+2(0,25+0,14+0,08)(1,325-2·0,08)=2,04 м²;

Площадь панели f₂=8,88 м², отношение .

Рис. 8. Схема конструкции керамзитобетонной панели с теплоизоляционными вкладышами

1, 2 - перемычки; 3, 4 - обрамляющие ребра

Сопротивление теплопередаче вдали от теплопроводного включения по формуле [4]

 м²·°С/Вт

По табл. 1 прил. [13*] r₁=0,46; по табл. 2 прил. [13*] r₂=1. По формуле [1] прил. [13*] вычислим r=0,46·1=0,46. По формуле [11] определим приведенное сопротивление теплопередаче R_о=2,04·0,46=0,94 м²·°С/Вт.

Пример 11. Определить приведенное сопротивление теплопередаче панели с эффективным утеплителем (пенополистирол) и стальными обшивками.

А. Исходные данные

Размеры панели 6Х1 м. Конструктивные и теплотехнические характеристики панели:

толщина стальных обшивок 0,001 м, коэффициент теплопроводности l=58 Вт/(м·°С), толщина пенополистирольного утеплителя 0,1 м, коэффициент теплопроводности 0,04 Вт/(м·°С).

Отбортовка листового материала вдоль протяженных сторон панели приводит к образованию теплопроводного включения типа IIб (прил. [5*]), имеющего ширину а=0,002 м.

Б. Порядок расчета

Сопротивления теплопередаче вне R_о^усл и по теплопроводному включению R'_o

 м²·°С/Вт;

 м²·°С/Вт.

Значение безразмерного параметра - теплопроводного включения для табл. 8.

.

По табл. 8 по интерполяции определяем величину y

.

Коэффициент К_i по формуле (6)

.

Коэффициент теплотехнической однородности панели по формуле (5)

.

Приведенное сопротивление теплопередаче по формуле [11]

R_о^пр=0,426·2,66=1,133 м²·°С/Вт.

Пример 12. Определить приведенное сопротивление теплопередаче R_о^пр одномодульной трехслойной железобетонной стеновой панели на гибких связях с оконным проемом крупнопанельного жилого дома серии III-133.

А. Исходные данные

Панель толщиной 300 мм содержит наружный и внутренний железобетонные слои, которые соединены между собой двумя подвесками (в простенках), подкосом, расположенным в нижней зоне подоконного участка, и распорками: 10 - у горизонтальных стыков и 2 - в зоне оконного откоса (рис. 9).

В табл. 11 приведены расчетные параметры панели.

В зоне подвесок и петель фибролит заменен бетонным слоем.

Б. Порядок расчета

Конструкция ограждения содержит следующие теплопроводные включения: горизонтальные и вертикальные стыки, оконные откосы, утолщения внутреннего железобетонного слоя и гибкие связи (подвески, подкос, распорки).

Рис. 9. Конструкция трехслойной панели на гибких связях

1 - распорки; 2 - петля; 3 - подвески; 4 - бетонные утолщения (d=75 мм внутреннего железобетонного слоя); 5 - подкос

Таблица 11

Для определения коэффициента влияния отдельных теплопроводных включений предварительно рассчитаем по формуле [5] термические сопротивления отдельных участков панели:

в зоне утолщения внутреннего железобетонного слоя

 м²·°С/Вт;

по горизонтальному стыку

 м²·°С/Вт;

по вертикальному стыку

 м²·°С/Вт;

термическое сопротивление панели вдали от теплопроводных включений

 м²·°С/Вт;

Условное сопротивление теплопередаче вдали от теплопроводных включений

 м²·°С/Вт.

Так как панель имеет вертикальную ось симметрии, то определение последующих величин осуществляем для половины панели:

Определим площадь половины панели без учета проема окна

 м².

Толщина панели d_п=0,3 м.

Определим площадь зон влияния F_i и коэффициент f_i для каждого теплопроводного включения панели:

для горизонтального стыка

R_ст^г/R_к^усл=1,881/1,817=1,04.

Так как отношение больше 1, то это теплопроводное включение в расчет не принимается;

для вертикального стыка

R_ст^в/R_к^усл=0,918/1,817=0,506.

По табл. 9 f_i=0,33. Площадь зоны влияния по формуле (8) F_i=0,3·2,8=0,84 м²;

для оконных откосов при d'_ок=0,065 м и d'_п=0,18 м, по табл. 9 f_i=0,374. Площадь зоны влияния половины оконного проема с учетом угловых участков определяется по формуле (9)

[2·0,3(1,53+1,56)+3,14·0,3²]=1,069 м²;

для бетонных утолщений внутреннего железобетонного слоя в зоне подвески и петли при R_у/R_к^усл=1,318/1,817=0,725, по табл. 9 f_i=0,24. Суммарную площадь зоны влияния утолщений подвески и петли находим по формуле (10)

F_i=(0,6+2·0,3)(0,47+0,l)+(0,2+0,3+0,l)(0,42+0,3+0,075)=1,161 м²;

подвеску, диаметр стержня 8 мм, по табл. 9; f_i=0,16, площадь зоны влияния по формуле (10)

F_i=(0,13+0,3+0,14)(0,4+2·0,3)=0,57 м²;

подкос, диаметр стержня 8 мм, по табл. 9 f_i=0,16,

F_i=(0,13+0,3)(0,22+0,3+0,09)=0,227 м².

распорку, диаметр стержня 4 мм, по табл. 9 f_i=0,05 по формуле (11). При определении суммарной площади зоны влияния пяти распорок следует учитывать, что ширина зоны влияния со стороны стыка ограничена краем панели и составляет 0,09 м.

F_i=5(0,3+0,3)(0,3+0,09)=l,17 м².

Рассчитаем r по формуле (7)

Приведенное сопротивление теплопередаче панели определим по формуле [11]

R_о^пр=0,696·1,975=1,375м²·°С/Вт.

Пример 13. Определить приведенное сопротивление теплопередаче R_о^пр многослойной асбестоцементной каркасной панели наружной стены производственного здания.

А. Исходные данные

Схема панели представлена на рис. 10. Панель размером 6´1,2´0,14 мм имеет наружные асбестоцементные слои толщиной 10 мм, деревянный каркас из брусков сечением 50Х120 мм и утеплитель из минераловатных плит плотностью 100 кг/м³. Коэффициенты теплопроводности материалов соответственно 0,52; 0,18 и 0,07 Вт/(м·°С).

Б. Порядок расчета

Расчет произведем в соответствии с [2.8]:

а) плоскостями, параллельными направлению теплового потока, условно разрезаем ограждающую конструкцию на участки (см. рис. 10, II), рассчитываем по формуле (5) термическое сопротивление участков панели с утеплителем R₁ и с деревянным каркасом R₂:

 м²·°С/Вт;

 м²·°С/Вт;

и определяем термическое сопротивление R_а по формуле [6]

 м²·°С/Вт;

б) плоскостями, перпендикулярными направлению теплового потока, условно разрезаем ограждающую конструкцию на участки (см. рис. 10, в), рассчитываем термические сопротивления двух однородных асбоцементных слов по формуле [3]

 м²·°С/Вт;

Рис. 10. Схема конструкции асбестоцементной каркасной панели с утеплителем

I - схема панели; II - условная разрезка на сечение параллельной плоскости панели; III - то же, на сечение перпендикулярной плоскости панели