4.3 Теплотехнический расчёт ограждающих конструкций

Общая информация о проекте

1. Назначение - жилое здание.

2. Размещение в застройке - в составе комплекса, односекционное.

3. Тип - 11-этажный жилой дом на 84 квартиры центрального теплоснабжения.

4. Конструктивное решение - кирпично-монолитное.

Расчетные условия

5. Расчетная температура внутреннего воздуха - (+20 ⁰C).

6. Расчетная температура наружного воздуха - (- 19 ⁰C).

7. Расчетная температура теплого чердака - (+14 ⁰С).

8. Расчетная температура теплого подвала - (+2 ⁰С).

9. Продолжительность отопительного периода - 149 сут.

10. Средняя температура наружного воздуха за отопительный период для г.Краснодара - (+2 ⁰C).

11. Градусосутки отопительного периода - (2682 ⁰C^.сут).

Объемно-планировочные параметры здания

12. Общая площадь наружных ограждающих конструкций здания площадь стен, включающих окна, балконные и входные двери в здание:

A_w+F+ed=P_st^.H_h ,

где P_st - длина периметра внутренней поверхности наружных стен этажа,

H_h - высота отапливаемого объема здания.

A_w+F+ed=(27+20,6)х2х44,7 = 4255,44 м²;

Площадь наружных стен A_w, м², определяется по формуле:

A_w= A_w+F+ed - AF₁ - AF₂ - A_ed,

где AF - площадь окон определяется как сумма площадей всей оконных проемов.

Для рассматриваемого здания:

- площадь остекленных поверхностей

AF₁= 2,05х1,44х(10х4х4+10х3х2 + +16х4х2)+2,5х1,8х64+10х1,6х2х14+8,5х1,6х4х10+2,5х1,6х10х2 = 1387,3 м²;

- площадь глухой части балконной двери

AF₂ = 0,8х0,8х(14х4+6х10) = 74,24 м²;

- площадь входных дверей

A_ed= 1,5х2,5х6х3=67,5 м².

Площадь глухой части стен:

A_W= 4255,44-1387,3-74,24-67,5 = 2483,24 м².

Площадь покрытия и перекрытия над подвалом равны:

A_c=A_f=A_st=(29,1х2+30,1)х15,8 = 1395,14 м².

Общая площадь наружных ограждающих конструкций:

A_e^sum=A_w+F+ed+A_c+A_r = 4255,44+1395,14?2 = 7802,56 м².

13 - 15. Площадь отапливаемых помещений (общая площадь и жилая площадь) определяются по проекту:

A_h = 27*20,6*11 = 6674,4 м²; A_r = 2467,6 м².

16. Отапливаемый объем здания, м³, вычисляется как произведение площади этажа на высоту (расстояние от пола первого этажа до потолка последнего этажа):

V_h=A_st^.H_h=27х20,6х44,7 = 24862,14 м²;

17. Коэффициент остекленности фасадов здания:

P=A_F1/A_w+F+ed = 1387,3/4255,44=0,476;

18. Показатель компактности здания:

K_e^des=A_e^sum/V_h=7802,56/24862,14 = 0,144.

Теплотехнические показатели

19. Согласно СНиП II-3-79* приведенное сопротивление теплопередаче наружных ограждений должно приниматься не ниже требуемых значений R₀^req, которые устанавливаются по таблице 1«б» СНиП II-3-79* в зависимости от градусосуток отопительного периода. Для D_d=2682⁰С^.сут требуемые сопротивления теплопередаче равно для:

- стен R_w^req=2.34 м^2.0С/Вт

- окон и балконных дверей R_f^req=0.367 м^2.0С/Вт

- глухой части балконных дверей RF₁^req=0.81 м^2.0С/Вт

- входных дверей R_ed^req=1.2 м^2.0С/Вт

- покрытие R_c^req=3.54 м^2.0С/Вт

- перекрытия первого этажа R_f=3.11 м^2.0С/Вт

По принятым сопротивлениям теплопередаче определим удельный расход тепловой энергии на отопление здания q^des и сравним его с требуемым удельным расходом тепловой энергии q_h^req, определенным по таблице 3.7 СНКК-23-302-2000. Если удельный расход тепловой энергии на отопление здания окажется меньше 5% от требуемого, то по принятым сопротивлениям теплопередаче определимся с конструкциями ограждений, характеристиками материалов и толщиной утеплителя.

20. Приведенный трансмиссионный коэффициент теплопередачи здания определяется по формуле:

K_m^tr=(A_w/R_w^r+AF₁/RF₁+ AF₂/RF₂+A_ed/R_ed+n^.A_с/R_с^r+n^.A_f^.R_f^r)/A_e^sum ,

K_m^tr=1.13(2483,24/2,34+1387,3/0,367+74,24/0,81+67,5/1,2+0,6?1395,14/3,54+0,6?1395,14/3,11)/7802,56 = 1,19 (Вт/(м^2.0С)).

21. Воздухопроницаемость стен, покрытия, перекрытия первого этажа G_m^w=G_m^c=G_m^f=0.5кг/(м^2.ч), окон в деревянных переплетах и балконных дверей G_m^F=6кг/(м^2.ч). (Таблица 12 СНиП II-3-79*).

22. Требуемая краткость воздухообмена жилого дома n_a, 1/ч, согласно СНиП 2.08.01, устанавливается из расчета 3 м³/ч удаляемого воздуха на 1м² жилых помещений, определяется по формуле:

n_a=3^.A_r/(_v^.V_h)=3^.2467,6/(0.85^.24862,14) = 0,355 (1/ч),

где A_r - жилая площадь, м²;

_v - коэффициент, учитывающий долю внутренних ограждающих конструкций в отапливаемом объеме здания, принимаемый равным 0.85;

V_h - отапливаемый объем здания, м³.

23. Приведенный инфильтрационный (условный) коэффициент теплопередачи здания определяется по формуле:

K_m^inf=0.28^.c^.n_a^._V^.V_h^._a^ht.k/A_e^sum,

K_m^inf=0,28?0,355?0,85?24862,14?1,283?0,8/7802,56 = 0,604 (Вт/(м^2.0С)).

Где с - удельная теплоемкость воздуха, равная 1кДж/(кг^.0С),

n_a - средняя кратность воздухообмена здания за отопительный период (для жилых зданий 3м³/ч, для других зданий согласно СНиП 2.08.01 и СНиП 2.08.02);

_V - Коэффициент снижения объема воздуха в здании, учитывающий наличие внутренних ограждающих конструкций, при отсутствии данных принимать равным 0.85;

V_h - отапливаемый объем здания;

_a^ht - средняя плотность наружного воздуха за отопительный период, равный 353/(273+2)=1,283

k - Коэффициент учета влияния встречного теплового потока в конструкциях, равный 0,7 - для стыков панельных стен, 0,8 - для окон и балконных дверей;

A_e^sum - общая площадь наружных ограждающих конструкций, включая покрытие и перекрытие пола первого этажа;

24. Общий коэффициент теплопередачи, Вт/(м^2.0С), определяемый по формуле:

K_m=K_m^tr+K_m^inf=1,19+0,604=1,79 (Вт/(м^2.0С)).

Теплоэнергетические показатели

25. Общие теплопотери через ограждающую оболочку здания за отопительный период Q_h, МДж, определяют по формуле:

Q_h=0.0864^.K_m^.D_d^.A_e^sum ,

Q_h=0,0864^. 1,79?2682?7802,56=3244071,51 (МДж).

26. Удельные бытовые тепловыделения q_int, Вт/м², следует устанавливать исходя из расчетного удельного электро- и газопотребления здания, но не менее 10 Вт/м². Принимаем 10 Вт/м².

27. Бытовые теплопоступления в здание за отопительный период, МДж:

Q_int=0,0864^.q_int^.Z_ht^.A_l=0.0864^.10^.149^. 10316,6 = 10445,34 (МДж).

28. Теплопоступления в здание от солнечной радиации за отопительный период определяется по формуле (3.14).

Определим теплопоступления:

Q_s=_F^.k_F^.(A_F1I₁+ A_F2I₂+ A_F3I₃+A_F4I₄)=

=0.65^.0.9(1193,65х974+1193,65х357)=929417,67 (МДж).

29. Потребность в тепловой энергии на отопление здания за отопительный период, МДж, определяют по формуле (3.6а) при автоматическом регулировании теплопередачи нагревательных приборов в системе отопления:

Q_h^y=[Q_h- (Q_int+Q_s)^.У]^._h ,

Q_h^y=[3244071,51-(10445,34+929417,67)^.0.8]^.1.11=2766321,03 (МДж).

30. Удельный расход тепловой энергии на отопление здания q_h^des, кДж/(м^2.0С^.сут) определяется по формуле (3.5):

q_h^des=10^3.Q_h^y/A_h^.D_d ,

q_h^des=2766321,03?10³/(6674,4^.2682)=59,32 (кДж/(м^2.0С^.сут)).

31. Расчетный коэффициент энергетической эффективности системы отопления и централизованного теплоснабжения здания от источника теплоты принимаем ₀^des=0.5, так как здание подключено к существующей системе централизованного теплоснабжения.

32. Требуемый удельный расход тепловой энергии системой теплоснабжения на отопление здания принимается по таблице 3.7 - для здания более 10 этажей равен 70 кДж/(м^2.0С^.сут). Следовательно, полученный нами результат значительно (более 5%) меньше требуемого 59,32<70, поэтому мы имеем возможность уменьшать приведенные сопротивления теплопередачи ограждающих конструкций, определенные по таблице 1«б» СНиП II-3-79*, исходя из условий энергосбережения. (Изменения вносим в пункт 19).

19. Для второго этапа расчета примем следующие сопротивления теплопередачи ограждающих конструкций:

- стен R_w^req=1,91 м^2.0С/Вт

- окон и балконных дверей R_f^req=0.367 м^2.0С/Вт - (Без изменения)

- глухой части балконных дверей RF₁^req=0.81 м^2.0С/Вт - (Без измен.)

- наружных входных дверей R_ed^req=0.688 м^2.0С/Вт - т.е. 0.6 от R₀^тр по санитарно-гигиеническим условиям;

- совмещенное покрытие R_c^req=1,63м^2.0С/Вт

- перекрытия первого этажа R_f=2 м^2.0С/Вт

20. Приведенный трансмиссионный коэффициент теплопередачи здания:

K_m^tr=1.13(2483,24/1,91+1387,3/0,367+74,24/0,81+67,5/0,688+

+0,6?1395,14/1,63+0,6?1395,14/2)/7802,56 = 1,29 (Вт/(м^2.0С)).

21. (Без изменения). Воздухопроницаемость стен, покрытия, перекрытия первого этажа G_m^w=G_m^c=G_m^f=0.5кг/(м^2.ч), окон в деревянных переплетах и балконных дверей G_m^F=6кг/(м^2.ч). (Таблица 12 СНиП II-3-79*).

22. (Без изменения). Требуемая краткость воздухообмена жилого дома n_a, 1/ч, согласно СНиП 2.08.01, устанавливается из расчета 3м³/ч удаляемого воздуха на 1м² жилых помещений, определяется по формуле:

n_a=0,35 (1/ч).

23. (Без изменения). Приведенный инфильтрационный (условный) коэффициент теплопередачи здания:

K_m^inf=0,6 (Вт/(м^2.0С)).

24. Общий коэффициент теплопередачи, Вт/(м^2.0С), определяемый по формуле:

K_m=K_m^tr+K_m^inf=1,29+0,6=1,89 (Вт/(м^2.0С)).

Теплоэнергетические показатели

25. Общие теплопотери через ограждающую оболочку здания за отопительный период Q_h, МДж:

Q_h=0.0864^. 1,89^.2682^.7802,56=3422324,26 (МДж).

26. (Без изменения). Удельные бытовые тепловыделения q_int=10Вт/м².

27. (Без изменения). Бытовые теплопоступления в здание за отопительный период, МДж:

Q_int=10445,34 (МДж).

28. (Без изменения). Теплопоступления в здание от солнечной радиации за отопительный период:

Q_s=929300,87 (МДж).

29. Потребность в тепловой энергии на отопление здания за отопительный

период, МДж:

Q_h^y=[Q_h- (Q_int+Q_s)^.У]^._h ,

Q_h^y=[3422324,26 -(10445,34 +929300,87)^.0.8]^.1.11= 2964285,29 (МДж).

30. Удельный расход тепловой энергии на отопление здания q_h^des, кДж/(м^2.0С^.сут):

q_h^des=10^3.Q_h^y/A_h^.D_d ,

q_h^des=2964285,29 ?10³/(6674,4?2682)=66,28 (кДж/(м^2.0С^.сут)).

При требуемом q_h^req=70кДж/(м^2.0С^.сут).

По принятым сопротивлениям теплопередаче определимся конструкциями ограждений и толщиной утеплителя стен, совмещенного покрытия и перекрытия 1-го этажа.

Стены: принимаем следующую конструкцию стены, теплотехнические характеристики материалов и толщину утеплителя:

Рисунок 4.1. Конструкция наружной стены

1) Цементно-песчаный раствор

? = 0,76 Вт/мС; ? = 1600 кг/м3

2) Кирпичная кладка из кирпича

глиняного обыкновенного на

цементно-песчаном растворе

? = 0,70 Вт/мС; ?=1800 кг/м3

3) Эффективный утеплитель «Rockwool»

? = 0,06 Вт/мС; ?=125 кг/м3

4) Пенобетонный блок

? = 0,41 Вт/мС; ? = 1000 кг/м3

R₀ = R_в + R_штук + R_кирп + R_утепл + R_блок + R_штук + R_н R

отсюда ?_ут = 0,05 м.

Совмещенное покрытие. Теплотехнические показатели материалов компоновки покрытия:

1. Цементно-песчаная стяжка:

плотность =1800кг/м³,

коэффициент теплопроводности

_А=0,76Вт/(м^.0С).

2. Утеплитель - жесткие

минераловатные плиты:

плотность =200кг/м³,

коэффициент теплопроводности

_А=0,076Вт/(м^.0С)

3. Железобетонная монолитная плита: Рисунок 4.2. Компоновка покрытия

плотность =2500кг/м³, коэффициент

теплопроводности _А=1,92Вт/(м^.0С).

Сопротивление теплопередаче:

R₀=R_в+R_ж/б+R_утеп+R_ст+R_н=R₀^треб;

1/8,7+0,2/1,92+_утеп/0,076+0,04/0,76+1/23=1,63,

откуда _утеп=0,1м = 100 мм.

Перекрытие первого этажа. Теплотехнические характеристики материалов:

1. Дубовый паркет:

плотность =700кг/м³, Рисунок 4.3. Компоновка перекрытия

коэффициент теплопроводности первого этажа

_А=0,35Вт/(м^.0С).

2. Цементно-песчаная стяжка:

плотность =1800кг/м³,

коэффициент теплопроводности

_А=0.76Вт/(м^.0С).

3. Утеплитель - пенополистирол:

плотность =40кг/м³,

коэффициент теплопроводности _А=0,041Вт/(м^.0С).

4. Железобетонная плита:

плотность =2500кг/м3, коэффициент теплопроводности _А=1,92 Вт/(м.⁰С).

Сопротивление теплопередаче:

R₀=R_в+R_пар.+R_ст+R_утеп+R_ж/б+R_н=R₀^треб;

1/8,7+0,04/0,76+0,015/0,35+_утеп/0,041+0,2/1,92+1/23=2,

откуда _утеп=0,067 м = 70 мм.

4.4 Расчет индекса изоляции воздушного шума междуэтажного перекрытия

Перекрытие состоит из монолитной несущей плиты ? = 2500 кг/м³ толщиной 200 мм, звукоизоляционной прокладки из ДВП с ? = 600 кг/м³ толщиной 25 мм, в не обжатом состоянии, цементно-песчаной стяжки ? = 1800 кг/м³ толщиной 40 мм, паркета толщиной 15 мм, ? = 700 кг/м³.

Определяем поверхностные плотности элементов перекрытия:

m₁ = 2500 • 0,2 = 500 кг/м²;

m₂ = 1800 • 0,04+700 • 0,015= 82,5 кг/м².

Находим частоту

собственных колебаний по

формуле:

где Е_д = 90 • 10⁴ кгс/м²,

h_з = h₀ • (1 - ?_д) - толщина Рисунок 4.4. Конструкция междуэтажного

звукоизоляционного слоя в перекрытия

сжатом состоянии, м;

h₀ - толщина звукоизоляционного

слоя в не обжатом состоянии, м;

?_д - относительное сжатие материала

звукоизоляционного слоя под нагрузкой.

h_з = 0,025 • (1 - 0,1) = 0,0225 м.

Индекс изоляции воздушного шума плитой толщиной 200 мм, выполненной из тяжёлого бетона кл. В22,5 объёмной плотностью 2500 кг/м³.

Индекс изоляции при m_э ? 200 кг/м³ составит:

R_w0 = 32 • Lg m_э - 8 дБ = 32 • Lg 500 - 8 дБ = 54,1 дБ,

где m_э = K • m - эквивалентная поверхностная плотность в кг/м³;

К = 1 для ограждающей конструкции более 1800 кг/м³;

m = 2500 • 0,2 = 500 кг/м³ - поверхностная плотность.

По табл. 10 находим индекс изоляции воздушного шума для данного междуэтажного перекрытия R_w = 55 дБ.

По СНиП II-12-77 Iв для нашего варианта Iв=50 дБ.

дБ,

следовательно наше перекрытие удовлетворяет нормам R_w =52 дБ < R_w =55 дБ.

Данная конструкция междуэтажное перекрытие удовлетворяет нормам по изоляции от воздушного шума.

Требуется рассчитать индекс приведённого уровня ударного шума под междуэтажным перекрытием.

По табл. 14 находим L_пw0 = 72 дБ - индекс приведённого ударного шума для сплошной плиты перекрытия (поверхностная плотность 500 кг/м³).

Находим частоту собственных колебаний

где Е_д = 10 • 10⁴ кгс/м²,

h_з = 0,0225 м.

Находим индекс приведённого уровня ударного шума под междуэтажным перекрытием L_пw = 55 дБ.

По СНиП II-12-77 I_у = 67 дБ, I_nw = I_у -7дБ=67-7=60 дБ.

Условие Lnw> Lnw выполнено Lnw=60 дБ >Lnw=55 дБ.

Вывод: принятая конструкция междуэтажное перекрытие удовлетворяет нормам по изоляции от ударного шума, следовательно может быть применено в дальнейшей разработке.