МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ухтинский государственный технический университет» (УГТУ) Н. В. Высоцкая Теплофизика здания Учебное пособие Ухта УГТУ 2019 УДК 628.87(075.8) ББК 38.113 я7 В 93 Высоцкая Н. В. В 93 Теплофизика здания [Текст] : учебное пособие / Н. В. Высоцкая. – Ухта : УГТУ, 2019. – 56 с. Учебное пособие предназначено для выполнения курсовой работы «Теплофизика здания» по дисциплине «Строительная теплофизика» при подготовке бакалавров по направлению 08.03.01 Строительство по профилю «Теплогазоснабжение и вентиляция» очной и заочной форм обучения. Пособие отвечает требованиям рабочей программы по данной дисциплине и рекомендуется к использованию в учебном процессе. УДК 628.87(075.8) ББК 38.113 я7 Учебное пособие рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советом Ухтинского государственного технического университета. Рецензенты: Т. В. Исакова, начальник отдела теплогазоснабжения и вентиляция филиала ООО «Газпром ВНИИГАЗ»; А. А. Козырев, ведущий инженер отдела подготовки и проведения ремонтов филиала «Коми» ПАО «Т Плюс», Ухтинские тепловые сети. © Ухтинский государственный технический университет, 2019 © Высоцкая Н. В., 2019 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение ................................................................................................................... 4 1. Объём и содержание курсовой работы ............................................................. 5 2. Исходные данные для проектирования здания ................................................ 6 3. Теплотехнический расчёт ограждающих конструкций ................................ 14 3.1 Теплотехнический расчёт конструкции наружной стены .................... 15 3.2 Теплотехнический расчёт конструкции чердачного (бесчердачного) перекрытия ................................................................................ 17 3.3 Теплотехнический расчёт конструкции пола первого этажа над неотапливаемым подвалом ............................................................................ 19 3.4 Выбор вида конструкции оконных проёмов и входных наружных дверей ................................................................................................... 20 3.5 Теплотехнический расчёт внутренних конструкций ............................ 20 3.6 Определение приведённого сопротивления теплопередаче ................ 21 3.7 Расчёт воздухопроницания ограждающих конструкций...................... 24 3.8 Расчёт паропроницания ограждающих конструкций ........................... 27 3.9 Определение теплоустойчивости помещения ....................................... 34 3.10 Определение условий теплового комфорта в помещении с греющей потолочной панелью .......................................................................... 42 Библиографический список .................................................................................. 46 Вопросы к экзамену .............................................................................................. 47 Приложение 1. Основные обозначения величин ............................................... 49 Приложение 2. Соотношения между единицами измерений ........................... 50 Приложение 3. Значения парциального давления насыщенного водяного пара Е ..................................................................................................... 51 Приложение 4. Коэффициент положения ограждения относительно наружного воздуха n ............................................................................................. 52 Приложение 5. Комплект заданий для текущего контроля .............................. 53 3 ВВЕДЕНИЕ Знание строительной теплофизики необходимо строителям для рационального проектирования ограждений здания. Рациональное проектирование ограждений здания заключается, прежде всего, в снижении уровня расходования истощаемых топливно-энергетических (невозобнавляемых) ресурсов и как следствие, при их сжигании снижение газов, удаляемых в атмосферу. 40 % всего добываемого и вырабатываемого органического топлива (нефть, газ, уголь) идёт на нужды теплоснабжения зданий. В целях решения проблемы энергообеспечения зданий и уменьшения объёма используемых топливноэнергетических ресурсов в России в настоящее время используются нетрадиционные (возобнавляемые) источники энергии: солнечное излучение; энергия ветра, малых рек, приливов, волн; энергия биомассы (отходы бытовые, сельскохозяйственные, животноводства, птицеводства, лесозаготовок и деревообрабатывающей промышленности и др.); геотермальная энергия, а также рассеянная тепловая энергия (грунта, летнего воздуха, вентиляционного вытяжного воздуха, грунтовых вод, сточных вод и др.) с применением тепловых насосов. Значение дисциплины «Строительная теплофизика» особенно велико для современного инженера при широком распространении в отечественном строительстве современных разнообразных конструкций и материалов ограждений зданий, в том числе применение энергосберегающих конструкций окон, навесных вентилируемых фасадов, эффективных теплоизоляционных, облицовочных материалов, лёгких бетонов и др., а также инженерных систем (отопления, горячего водоснабжения, вентиляции, кондиционирования). Целью курсовой работы «Теплофизика здания» является – научить будущего инженера правильно устанавливать прогноз теплового, влажностного и воздушного режимов здания, его отдельных частей и конструкций с тем, чтобы принять оптимальные (с гигиенической, теплотехнической и экономической точек зрения) решения при его проектировании. При выполнении курсовой работы необходимо использовать, помимо учебной литературы, периодические и специальные журналы: «Строительные материалы», «Строительные материалы, оборудование и технологии ХХI века», «АВОК» и др., а также знать основные разделы ФЗ № 261 от 25.11.2009 г. «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности зданий», ФЗ № 384 от 30.12.2009 г. «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» и др. 4 Указания к выполнению курсовой работы «Теплофизика здания» 1. Объём и содержание курсовой работы В учебном пособии изложены требования, предъявляемые к курсовой работе, пояснения к содержанию и приведена литература, необходимая для выполнения работы. Курсовая работа состоит из расчётной части, графиков, рисунков, оформленных в виде пояснительной записки (25–35 страниц). Все выполненные расчёты следует располагать в соответствии с приводимым содержанием курсовой работы. Таблицы «Исходные данные», «Климатические данные района проектирования здания» и – «Теплотехнические данные ограждающих конструкций здания» следует привести в начале расчётной части. В пояснительной записке максимально подробно излагается порядок расчётов. В конце каждого раздела следует сделать выводы с учётом требований нормативной литературы. По тексту записки необходимо производить ссылки на используемую литературу (в квадратных скобках). Соотношения между единицами измерений приведены в приложении 2 учебного пособия. Таблицы, рисунки и графики подписываются и нумеруются. Рисунки и графики выполняются рукописно или в AutoСАD. Таблицы, рисунки и графики располагаются в работе непосредственно после текста, имеющего на них ссылку. Оформление названия глав, таблиц, подписей к рисункам можно выполнять в любом стиле, соблюдая единообразие и системность. Пояснительная записка выполняется рукописно или в редакторе Microsoft Word и должна иметь 2 титульных листа («Пояснительная записка» и «Задание»). Текст курсовой работы печатается на одной стороне стандартного листа формата A4, верхнее и нижнее поля страниц – 20 мм, левое – 30 мм, правое –10 мм. Наличие листа «Содержание» со штампом (для Пояснительных записок) и нумерация страниц (по центру нижнего колонтитула) – обязательны. При выполнении работы в редакторе Microsoft Word необходимо соблюдать следующие технические требования: основной текст – 14 кегль, шрифт Times New Roman, выравнивание по ширине, межстрочный интервал – 1,5, автоматическая расстановка переносов. В конце пояснительной записки приводится Библиографический список, Приложения (при наличии). Курсовые работы, не отвечающие вышеперечисленным требованиям, на проверку не принимаются. 5 2. Исходные данные для проектирования здания Для выполнения курсовой работы необходимо заполнить таблицу 2 – «Климатические данные района проектирования здания» и таблицу 3 – «Теплотехнические данные ограждающих конструкций здания». Конструкции ограждений приведены ниже в таблицах 4–8. План здания выдаётся преподавателем. Назначение здания – жилое. Район проектирования здания следует принимать согласно таблице 1 по двум последним цифрам номера зачётной книжки. Таблица 1 – Район проектирования здания Цифра шифра 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Город Цифра шифра Барнаул Благовещенск (Амурск.) Онега (Архангельская обл.) Архангельск Котлас (Арханг. обл.) Астрахань Уфа Белгород Брянск Владимир Муром (Владимир. обл.) Волгоград Вологда Братск (Иркутск. обл.) Воронеж Арзамас (Нижегородская обл.) Нижний Новгород Иваново Сортавала (Р. Карелия) Никольск (Вологод. обл.) Иркутск Калининград Тверь Ржев (Тверская обл.) Элиста (Р. Калмыкия) Калуга Петропавловск-Камчатский (Камч. обл.) Петрозаводск Лоухи (Р. Карелия) Киров 37 38 39 6 Город 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 Усть-Цильма (Р. Коми) Сочи Уренгой (Ямало-Ненецкий АО) Тихвин (Ленингр. обл.) Красноярск Кашира (Московская обл.) Самара Курган Курск Санкт-Петербург Липецк Дмитров (Московск. обл.) Йошкар-Ола (Р. Марий Эл) Саранск Москва 52 Кашира (Московская обл.) 53 54 55 56 57 58 59 60 61 Мурманск Новгород Новосибирск Омск Оренбург Орёл Пенза Пермь Бисер (Пермская обл.) 62 Владивосток 63 Псков 64 65 66 Великие луки (Псков. обл.) Ростов-на-Дону Таганрог (Ростовск. обл.) Цифра шифра 31 32 33 34 35 Город Цифра шифра Город Печора Сыктывкар Ухта (Р. Коми) Кострома Тихорецк (Краснод. край) Биробиджан (Хабаровский край) 67 68 69 70 71 Рязань Саратов Курильск (Сахалинская обл.) Свердловск Боровичи (Новгород. обл.) 72 Смоленск 73 Ставрополь 87 74 75 76 77 Вендинга (Р. Коми) Тамбов Казань Томск 88 89 90 91 78 79 80 81 82 Тула Ижевск Ульяновск Оренбург Долинск (Сахалинская обл.) Миллерово (Ростов. обл.) Ухта (Р. Коми) Тобольск Балашов (Саратовская обл.) 92 93 94 95 96 36 83 84 85 86 97 98 99 100 Комсомольск-на-Амуре (Хабаровский край) Охотск (Хабаровск. край) Хабаровск Челябинск Верхнеуральск (Челябинская обл.) Бугульма (Р. Татарстан) Чебоксары Глазов (Удмуртск. Респ.) Елабуга (Р. Татарстан) Советская Гавань (Хабаровский край) Ярославль Вязьма (Смоленская обл.) Грозный Сарапул (Удмуртская Респ.) Таблица 2 – Климатические данные района проектирования здания № Наименование параметра 1 Температура наиболее холодной пятидневки при к = 0,92, tн, °С 2 Средняя температура отопительного периода, tот, °С 3 Продолжительность отопительного периода, zот, сут., 4 Скорость ветра за январь, , м/с 5 Среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха за годовой период, е'н, Па 6 Средняя месячная относительная влажность наружного воздуха, φн, % 7 Зона влажности Величина Студент заполняет данную таблицу в соответствии со СП 131.13330.2018 «Строительная климатология»: пункты 1, 2, 3, 4, 6 – таблица 3.1; пункт 5 – таблица 7.1. Пункт 7 – СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий», приложение В или [3, прил. 1]. 7 1 2 8 3 4 5 δ1 δ2 δ3 δ4 δ5 паропроницаемости µ, мг /(м ∙ч ∙Па) Конструкция Расчётные коэффициенты теплоусвоения ѕ, Вт /м2 ∙°С Вид ограждения Толщина слоя, δ, м теплопроводности λ, Вт /м ∙°С № Номер и наименование слоя материала ограждения Таблица 3 – Теплотехнические данные ограждающих конструкций здания Наружная стена Чердачное (бесчердачное) покрытие Пол первого этажа Внутренняя перегородка Межэтажное перекрытие Студент заполняет таблицу 3 в соответствии с данными таблиц 4–8 «Исходные данные…». Номер и наименование слоя материала ограждения, а также расчётные коэффициенты λ, ѕ, µ следует принимать по СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» (табл. Т.1) в зависимости от условий эксплуатации ограждающих конструкций А или Б, которые, в свою очередь, устанавливаются по таблице 2 СП50.13330.2012. Последняя цифра номера шифра Таблица 4 – Конструкции наружных стен Толщина слоя, м Конструкция 0 1 2 1 – отделочный слой 2, 4 – кирпичная кладка 3 – утепляющий слой 3 4 1, 3 – бетонная плита 2 – утепляющий слой 5 6 1, 5 – отделочный слой 2 – кирпичная кладка 3 – пароизоляционный слой 4 – утепляющий слой 9 1, 3 – бетонная плита 2 – утепляющий слой 3 2 4 5 1–201 2–180 3–26 4–183 1–203 2–181 3-15 4-181 1–54 2–180 3–24 4–183 0,01 0,380 ? 0,120 – 0,01 0,380 ? 0,120 – 0,01 0,380 ? 0,120 – 0,12 ? 0,060 – – 1–199 2–24 3–133 0,12 ? 0,060 – – 1–200 2–15 3–108 0,01 1–42 2–180 3–220 4–25 5–203 0,01 1–41 2–181 3–223 4–30 5–203 0,01 7 8 1 Наименование материала слоя (СП 50.13330. 2012, таблица Т. 1) 0,01 0,380 (0,510) 0,380 (0,510) 0,004 0,004 ? ? 0,20 ? 0,06 – – 0,20 ? 0,06 – – 0,20 ? 0,06 – – 9 1–108 2–14 3–108 1–114 2–49 3–114 1–133 2–25 3–133 Предпоследняя цифра номера шифра Таблица 5 – Чердачное перекрытие Толщина слоя, м Конструкция 1 3 2 4 d 0 0,035 ? 0,003 0,12 0,09 1 0,040 ? 0,003 0,13 0,09 2 0,050 ? 0,003 0,14 0,10 3 0,035 ? 0,003 0,15 0,10 4 0,040 ? 0,003 0,16 0,11 0,045 ? 0,004 0,17 0,12 0,050 ? 0,004 0,18 0,13 7 0,035 ? 0,004 0,19 0,14 8 0,040 ? 0,004 0,20 0,14 9 0,050 ? 0,004 0,22 0,15 5 6 1 – армированная стяжка 2 – утепляющий слой 3 – пароизоляционный слой 4 – ж/б плита 10 Наименование материала слоя (СП 50.13330.2012, таблица Т. 1) 1–201 2–24 3–218 4–199 1–202 2–26 3–220 4–200 1–203 2–27 3–219 4–199 1–201 2–25 3–218 4–200 1–202 2–25 3–220 4–199 1–203 2–30 3–224 4–200 1–201 2–18 3–218 4–199 1–202 2–24 3–219 4–200 1–203 2–26 3–220 4–199 1–201 2–27 3–218 4–200 Толщина слоя, м 0,01 5 0,01 0,1 6 0,02 0,1 0,01 0,1 7 8 1 – гидроизоляционный ковёр 2 – стяжка 3 – вентилируемая воздушная прослойка 4 – утеплитель 5 – пароизоляция 6 – ж/б плита ? 0,12 – – 0,09 ? 0,13 – – 0,09 ? 0,14 – – 0,1 ? 0,15 - - 0,1 ? 0,16 – – 0,11 ? 0,003 4 3 1 – гидроизоляционный ковёр 2 – стяжка 3 – утеплитель 4 – ж/б плита d 0,17 0,12 ? 0,003 0,02 2 6 0,18 0,13 ? 0,003 0,0045 0,01 1 5 0,19 0,14 0,02 0,1 ? 0,003 0,0045 0,0045 0,02 0 4 0,0045 0,01 0,0045 3 0,0045 2 0,0045 1 0,0045 Конструкция 0,0045 Предпоследняя цифра номера шифра Таблица 6 – Бесчердачное покрытие 0,20 0,14 11 Наименование материала слоя (СП 50.13330.2012, таблица Т.1) 1–218 2–201 3–24 4–199 1–219 2–202 3–26 4–200 1–220 2–203 3–27 4–199 1–218 2–201 3–25 4–200 1–220 2–202 3–25 4–199 1–218 2–201 4–30 5–223 6–200 1–220 2–202 4–25 5–223 6–200 1–224 2–203 4–30 5–223 6–199 1–218 2–201 4–25 5–223 6–200 Предпоследняя цифра номера шифра Толщина слоя , м Конструкция 1 2 1 2 3 4 5 d 3 4 5 6 7 8 0 0,01 0,02 0,003 ? 0,12 0,09 1 0,01 0,02 0,003 ? 0,13 0,09 0,01 0,02 0,003 ? 0,14 0,1 0,01 0,02 0,003 ? 0,15 0,1 4 0,01 0,02 0,003 ? 0,16 0,11 5 0,003 0,02 0,003 ? 0,17 0,12 0,003 0,02 0,003 ? 0,18 0,13 0,003 0,02 0,003 ? 0,19 0,14 2 3 6 7 1 – паркет по мастике 2 – стяжка 3 – пароизоляционный слой 4 – теплоизоляционный слой 5 – ж/б плита 1 – линолеум 2 – стяжка 3 – пароизоляционный слой 4 – теплоизоляционный слой 5 – ж/б плита 12 Наименование материала слоя (СП 50.13330.2012, таблица Т. 1) Таблица 7 – Пол первого этажа 9 1–192 2–201 3–218 4–87 5–199 1–193 2–202 3–220 4–73 5–200 1–194 2–203 3–224 4–60 5–199 1–195 2–201 3–218 4–25 5–200 1–225 2–202 3–220 4–30 5–199 1–226 2–203 3–224 4–18 5–200 1–227 2–201 3–218 4–60 5–199 1–228 2–202 3–220 4–73 5–200 Окончание табл. 7 1 2 3 4 5 6 7 8 8 0,003 0,02 0,003 ? 0,20 0,14 9 0,003 0,02 0,003 ? 0,22 0,15 9 1–229 2–203 3–224 4–87 5–199 1–192 2–201 3–218 4–30 5–200 Конструкция 1 2 3 4 1 2 3 4 5 6 0,01 0,125 0,01 – Внутренние перегородки бетонные Внутренние перегородки кирпичные Наименование ограждения Толщина слоя, м 1, 3 – обшивка 2 – кирпичная кладка 1 – бетонная конструкция с поверхностями под покраску или клейку обоями 0,015 0,250 0,015 – 0,01 0,380 0,01 – 0,12 – – – 0,10 – – – 0,12 – – – 0,16 – – – 13 Наименование материала слоя (СП 50.13330.2012, таблица Т. 1) Таблица 8 – Внутренние конструкции 7 1–40 2–183 3–40 1–105 1–169 Окончание табл. 8 Междуэтажное перекрытие 1 2 3 0,01 1 – покрытие пола 2 – стяжка 3 – теплозвукоизоляция 4 – ж/б плита 4 0,02 5 0,05 6 7 ** 1–225 2–201 3–30 4–199 ** – толщину ж/б плиты принять по данным таблиц 6 или 7 согласно номера шифра. 3. Теплотехнический расчёт ограждающих конструкций зданий В ФЗ № 261«Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности зданий» красной нитью проходит идея снижения уровня теплопотребления зданиями. Основными факторами, позволяющими достичь минимального уровня энергообеспечения без ухудшения теплового комфорта в помещениях, являются: – оптимизация архитектурных форм (минимальное отношение площади наружных ограждений к объёму здания: наименьшие теплопотери у зданий шарообразных или имеющих форму куба); – оптимизация расположения здания с учётом воздействия ветра и возможности использования солнечной радиации; – сооружение в зданиях буферных зон (входные тамбуры, чердачные пространства, подвалы, технические этажи, атриумы, остеклённые лоджии); – применение энергосберегающих конструкций оконных проёмов (нанесение на стекло низкоэмиссионных покрытий и др.); – каскадная блокировка жилых зданий (в основном, малоэтажных); – повышение сопротивления теплопередаче ограждений зданий. В России с 1995 г. были приняты требования к теплозащите зданий, в основу которых был положен принцип поэтапного снижения потребности в тепловой энергии зданий. Для нормирования энергопотребления были рассчитаны требования по сопротивлению теплопередаче для отдельных элементов ограждений. Анализ изучения проблемы энергосбережения показал, что одним из наиболее действенных путей её решения является сокращение потерь тепла через ограждающие конструкции зданий. Добиться этого можно, применяя эф14 фективные современные теплоизоляционные материалы в составе ограждений зданий. Теплоизоляционные материалы по виду основного сырья подразделяются на органические (пенополистирол, пенополиуретан, вспененный каучук) и неорганические (минеральные ваты на основе металлургических шлаков, базальта, стекловолокна, торфа, камыша, а также теплоизоляционные бетоны: газобетон, пенобетон, керамзитобетон, перлитобетон и др.). Целью теплотехнического расчёта является определение толщины теплоизоляционного слоя наружных ограждений здания. Передача теплоты, фильтрация воздуха и перенос влаги через ограждения взаимосвязаны и одно явление оказывает влияние на другое, поэтому определение сопротивлений тепло-, воздухо- и влагопередаче должно проводиться как общий расчёт защитных свойств наружных ограждений зданий. Теплозащитные свойства наружных ограждений определяются двумя показателями: величиной сопротивления теплопередаче, R0, и теплоустойчивостью, которую оценивают по величине тепловой инерции ограждения, D. Величина R0 определяет сопротивление ограждения передаче теплоты в стационарных условиях, а теплоустойчивость характеризует сопротивляемость ограждения передаче изменяющихся во времени периодических тепловых воздействий. В зимних условиях теплозащитные свойства ограждений принято характеризовать величиной R0, а в летних – их теплоустойчивостью. Наиболее важным является определение расчётного сопротивления теплопередаче R0 основной части (глади) конструкции ограждения, с чего и начинают теплотехнический расчёт ограждения. R0 следует принимать не менее требуемых значений, исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий, R0норм , и условий энергосбережения R0тр . 3.1 Теплотехнический расчёт конструкции наружной стены 3.1.1 Определить нормируемое сопротивление теплопередаче R0норм , м2 °С/Вт по санитарно-гигиеническим и комфортным условиям: n(t t ) R0норм в н , в tн (1) где n – коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху по приложению 4 данного учебного пособия; tв – расчётная температура внутреннего воздуха, принять по [5, п. 5.2] равной 20 °С; 15 tн – расчётная температура наружного воздуха, °С, принимаемая равной средней температуре наиболее холодной пятидневки при к = 0,92 по [4, табл. 1]; tн – нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, °С, принимаемый по [5, табл. 5]; в – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемый по [5, табл. 4], Вт/м2·°С. 3.1.2 Определить требуемое сопротивление теплопередаче по условиям энергосбережения R0тр в зависимости от назначения здания и величины градусо-сутки отопительного периода по [5, табл. 3]. Градусо-сутки отопительного периода (ГСОП) следует определять по формуле: ГСОП (tв tот.п. ) zот.пер. , (2) где tв – то же, что в формуле (1); tот.п., zот.пер. – соответственно средняя температура, °С, и продолжительность, сут., отопительного периода, принимаются по [4, табл. 1]. 3.1.3 Определить сопротивление теплопередаче ограждения R0, м2·°С/Вт, из условия R0 = R0норм или R0 = R0тр (приравниваем к большему значению). 3.1.4 Определить толщину слоя утеплителя ограждающей конструкции, ут , м, исходя из формулы R0 RВ Ri RН , (3) где Rв и Rн – сопротивления теплоотдачи, соответственно, внутренней и наружной поверхности ограждающей конструкции, м2 °С/Вт, определяемые по формулам: Rв 1/ В , (4) Rн 1/ н , где В – то же, что и в формуле (1); н – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции, м2 °С/Вт, принимаемый по [5, табл. 6]; ∑Ri – сумма термических сопротивлений конструкции, м2 °С/Вт, определяемых по формуле Ri i / i , где (5) слоёв ограждающей (6) i – толщина слоя, м; i – расчётный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/м2 °С, принимаемый по [5, табл. Т. 1]; 16 Определив предварительное значение толщины слоя утеплителя, следует принять фактическую толщину, округлив полученное значение в большую сторону с кратностью округления 10 мм. Толщину утеплителя принимать не менее 50 мм. 3.1.5 Определить фактическое значение сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции, R0ф , м2 °С/Вт, с учётом принятой фактической толщины утепляющего слоя по формуле: ф 1 2 ут 1 R ... . В 1 2 ут н ф 0 1 (7) 3.1.6 Определить значение коэффициента теплопередачи ограждающей конструкции, К, Вт/м2 °С, по формуле 1 (8) К ф. R0 Необходимо обратить внимание, что в дальнейших расчётах под величиной сопротивления теплопередаче наружной стены следует понимать его фактическое значение R0ф . 3.2 Теплотехнический расчёт конструкции чердачного (бесчердачного) перекрытия 3.2.1 Особенностью расчёта конструкции чердачного (бесчердачного) перекрытия является наличие неоднородного слоя – железобетонной панели с замкнутыми воздушными прослойками круглого сечения, для которой следует определить термическое сопротивление Rж/б. Для упрощения расчёта заменим круглые отверстия равновеликими по площади квадратными, как указано на рисунке 1. Диаметр воздушных пустот d, приведён в таблице 5 данного учебного пособия. 3.2.2 Определить термическое сопротивление Rж/б, м2·°С/Вт, железобетонной панели по формуле R 2 Rб . (9) Rж / б а 3 Для этого: а) плоскостями, параллельными направлению теплового потока, Q, железобетонная плита условно разрезается на участки, одни из которых могут быть однородными – сечение II–II, а другие неоднородными – сечение I–I. 17 Рисунок 1. Железобетонная многопустотная панель ( а R 2 ; с 13 а ) Термическое сопротивление ограждающей конструкции относительно параллельных сечений Rа, м2·°С/Вт, определяется по формуле F FII , (10) Rа I FI FII RI RII где FI, FII – площади отдельных участков ж/б конструкции, м2: FI a l n , FII c l m , где l – длина участка железобетонной плиты, l = 1м; а, с – размеры принять согласно рисунку 1, м; n – количество воздушных пустот; m – количество железобетонных участков между воздушными пустотами. Количество участков n и m принять самостоятельно из расчёта стандартной ширины панели, равной 1 195 мм. RI – термическое сопротивление неоднородного участка железобетонной конструкции по сечению I–I определяется по формуле, м2·°С/Вт: в в , (11) RI Rв.п. ж.б . ж.б . где Rв.п. – термическое сопротивление воздушной прослойки, м2·°С/Вт, определяется по [5, табл. Е. 1]; в – размер принять согласно рисунку 1, м; λж.б. – коэффициент теплопроводности железобетонной конструкции чердачного перекрытия приведён в таблице 3 данного учебного пособия, м·°С/Вт. 18 RII – термическое сопротивление однородного участка железобетонной конструкции по сечению II–II определяется по формуле, м2·°С/Вт: RII , ж б (12) где δ – толщина слоя железобетонной панели, м. б) плоскостями, перпендикулярными направлению теплового потока Q, железобетонная плита условно разрезается на слои, одни из которых могут быть однородными (сечения III–III и V–V), а другие неоднородными (сечение IV–IV). Термическое сопротивление железобетонной плиты относительно перпендикулярных сечений Rб, м2·°С/Вт, определяется по формуле (13) Rб RIII RIV RV , где RIII RV – термическое сопротивление однородного участка железобе- тонной конструкции, м2·°С/Вт: RIII RV в жб ; (14) RIV – термическое сопротивление неоднородного участка железобетонной конструкции, м2·°С/Вт: RIV FI FII . FI FII Rв.п. а / ж.б . (15) Величина Rа может превышать величину Rб не более чем на 25 %. 3.2.3 Дальнейший теплотехнический расчёт конструкции чердачного (бесчердачного) перекрытия аналогичен теплотехническому расчёту наружной стены (далее определяем R0, ут , R0ф , К), при этом в качестве термического сопротивления слоя железобетонной панели с воздушными пустотами следует принимать найденное по формуле (9) термическое сопротивление, Rж/б. Пример расчёта термического сопротивления неоднородной ограждающей конструкции Rж/б, приведён в [3, пример 5.1.3]. 3.3 Теплотехнический расчёт конструкции пола первого этажа над неотапливаемым подвалом 3.3.1 Порядок теплотехнического расчёта пола первого этажа аналогичен теплотехническому расчёту чердачного перекрытия. Необходимо обратить внимание на то, что при определении термического сопротивления воздушной прослойки, Rв.п. , следует учитывать направление теплового потока Q. 19 3.4 Выбор вида конструкции оконных проёмов и входных наружных дверей 3.4.1 Определить требуемое сопротивление теплопередаче окна R0ТР , м2·°С/Вт, по [5, табл. 3]. 3.4.2 По величине R0ТР выбрать конструкцию стеклопакета согласно [5, табл. К. 1] с сопротивлением теплопередаче R0 , м2·°С/Вт. Энергосберегающая конструкция стеклопакета – это, во-первых, низкоэмиссионное мягкое покрытие (тончайшая плёнка из ионов серебра или др.) стекла; во-вторых, инертный газ (аргон, крептон, ксенон, теплопроводность которых ниже теплопроводности воздуха на 33–80 %), заполняющий межстекольное пространство; в-третьих, пластиковая рамка, соединяющая по периметру стеклянные полотна. Современная технология стеклопакета позволит снизить потери тепла через оконный проём. 3.4.3 Определить коэффициент теплопередачи окна, К, Вт/ м2·°С, по формуле 1 , (16) K R0 где R0 – сопротивление теплопередаче принятой конструкции стеклопакета по [5, табл. К. 1]. 3.4.4 Определить сопротивление теплопередаче входных наружных дверей RВНД , м2·°С/Вт, по условию, что нормируемое сопротивление теплопередаче R0норм дверей должно быть не менее 0,6 R0норм наружных стен зданий, определённого по формуле (1). 3.4.5 Определить коэффициент теплопередачи входных наружных дверей К, Вт/ м2·°С, по формуле 1 . (17) K ВНД 0,6 R0норм 3.5 Теплотехнический расчёт внутренних конструкций (внутренней перегородки и междуэтажного перекрытия) Порядок теплотехнического расчёта внутренних конструкций сводится к определению сопротивления теплопередаче ограждения, R0 , исходя из формулы (3), и коэффициента теплопередачи, К, исходя из формулы (8). 20 При определении R0 следует учесть, что: 1) Rв = Rн, следовательно, формула (3) приобретает вид: R0 2 RВ Ri ; 2) толщина утеплителя в междуэтажном перекрытии задана; 3) сопротивление теплопередаче железобетонной плиты, Rж/б, в междуэтажном перекрытии принять таким же, как в чердачном перекрытии или полу. 3.6 Определение приведённого сопротивления теплопередаче Конструкции ограждений современных зданий имеют определённое своеобразие. В конструкциях есть углы, выступы, оконные проёмы, теплопроводные включения, на большей части поверхности, например, наружной стены со стороны помещения примыкают перегородки и междуэтажные перекрытия, конструкции стеновых панелей обычно имеют бетонные рёбра и обрамления. Таким образом, по площади наружной стены практически нет участков, в пределах которых передачу теплоты можно было бы считать проходящей по одномерной схеме – условие плоской стенки. За счёт перечисленных конструктивных особенностей потери теплоты по всей площади ограждения оказываются часто большими, чем теплопотери, рассчитанные в предположении одномерности температурного поля. Необходимо проверить теплозащитные свойства реального ограждения с учётом его двухмерных элементов (стыки, углы, оконный откос). Для правильного расчёта теплопотерь через ограждения сложной конструкции используют так называемое приведённое сопротивление теплопередаче сложного ограждения R0пр . Приведённым называют сопротивление теплопередаче такого условного ограждения с одномерным температурным полем, потери теплоты через которое при одинаковой площади равны теплопотерям сложного ограждения с двумерным температурным полем. Пользуясь R0 для одномерного ограждения, можно получить потери теплоты сложного ограждения. В результате рассмотрения теплопередачи в двумерных элементах определяются факторы формы f, для каждого случая. Величина f показывает, во сколько раз теплопотери через характерный двумерный элемент шириной в два калибра f 2R0 и длиной 1 метр больше основных по глади ограждения такой же площади. 21 Расчёт приведённого сопротивления теплопередаче сложного ограждения (на примере конструкции наружной стены) 3.6.1 Определить элементы, формирующие двумерные температурные поля (наружный угол, оконные откосы, стыки) для наружной стены одного из помещений здания, выбранного по плану здания (помещение обозначить на плане здания). 3.6.2 Привести поясняющий рисунок с указанием двумерных температурных элементов и необходимых размеров – длин сопряжения наружной стены с данными элементами в соответствии с рисунком 2. Рисунок 2. Элементы формирования двумерных (1, 2, 3, 4) и трёхмерных (5, 6, 7) температурных полей в наружных ограждениях здания: l1 – длина сопряжения наружной стены с наружным углом; l2 – длина сопряжения наружной стены с внутренней перегородкой; l3 – длина сопряжения наружной стены с горизонтальными перекрытиями; l4 – длина сопряжения наружной стены с окном (по периметру окна) Размеры окна: 1 470×1 760(h), мм, или размеры окна студент может принять самостоятельно согласно плану. 3.6.3 Определить приведённое сопротивление теплопередаче R0пр, м2·°С/Вт, по формуле 1 R0 пр R0 , (18) 1 1 f ( fi 1) li F0 где R0 – сопротивление теплопередаче наружной стены (фактическое значение), м2·°С/Вт, определяемое по формуле (7); F0 – площадь поверхности наружной стены по наружному обмеру (за вычетом площади окон), м2; 22 fi – фактор формы характерного элемента стены с двумерным температурным полем, определяемый по [1, с. 170, табл. III. 2; с. 169, рис. III. 29; с. 153, рис. III. 13]; li – протяжённость участков конструкции наружной стены, сопряжённых с наружным углом, стыками, оконными откосами, м; f – ширина участка поверхности наружной стены с двумерным температурным полем, равная двум калибрам (толщинам наружной стены), м: (19) f 2 R0 , где – коэффициент теплопроводности теплоизоляционного конструкции наружной стены, Вт/м2 °С; Ширина f в два калибра для оконных откосов: f 2 R0/ , где слоя (20) R0/ – сопротивление теплопередаче части ограждения до изотермы t0 (см. рис. 3). Сопротивление теплопередаче части ограждения до изотермы t 0 : 1 R0/ 1 в где в 1 R0 , (21) н в , н – то же, что в формулах (1 и 5); – то же, что в формуле (19); – расстояние от внутренней поверхности ограждения до оси расположения заполнения проёма, м, определяемое в соответствии с рисунком 3; – полная толщина ограждающей конструкции наружной стены, м, определяемая в соответствии с рисунком 3; зап – ширина коробки заполнения оконного переплёта (для однокамерных стеклопакетов зап 125 мм; для двухкамерных стеклопакетов зап 150 мм). Рисунок 3. Теплопередача через оконный откос в наружной стене 23 3.6.4 Данные расчёта занести в таблицу 9. Таблица 9 Наименование элемента с двумерным температурным полем li , м f , м fi fi 1 1. Наружный угол 2. Стык наружной стены с внутренней перегородкой, 2 / 1 = … 3. Стык наружной стены с полом I этажа, 2 / 1 = … 4. Стык наружной стены с междуэтажным перекрытием, 2 / 1 = … 5. Оконные откосы, зап / =,… (см. рис. 3) Примечание. 1 полная толщина наружной стены; 2 половина толщины внутренней перегородки (пола, междуэтажного перекрытия). Набор элементов с двумерными температурными полями в таблице 9 приведён для помещения I этажа. 3.6.5 Определить величину теплового потока q1, Вт/м2, через 1 м2 поверхности наружной стены по глади стены: 1 (22) q1 (tв tн ) . R0 3.6.6 Определить величину теплового потока q2, Вт/м2, через 1 м2 поверхности наружной стены сложной конструкции с учётом наличия и влияния конструктивных элементов: 1 q2 (tв tн ) . (23) R0 пр 3.6.7 В заключение расчёта сравнить приведённое сопротивление теплопередачи сложного ограждения наружной стены, R0пр , с сопротивлением теплопередаче по глади ограждения R0 , а также соответствующие тепловые потоки q1 и q2. Сделать выводы о влиянии конструктивных элементов на теплозащитные свойства ограждающих конструкций. Примеры расчёта приведённого сопротивления теплопередаче сложного ограждения приведены в [1, §3. 10]. 3.7 Расчёт воздухопроницания ограждающих конструкций С позиций дисциплины «Строительная теплофизика» наиболее актуальны следующие явления, определяющие общий процесс обмена воздуха между всеми помещениями здания и наружным воздухом: инфильтрация и 24 эксфильтрация воздуха через наружные ограждения и проёмы (неорганизованный естественный воздухообмен, увеличивающий теплопотери помещения и снижающий теплозащитные свойства наружных ограждений); аэрация (организованный естественный воздухообмен помещений); перетекание воздуха между смежными помещениями (неорганизованное и организованное). Важным свойством наружных ограждений является способность пропускать через себя воздух за счёт разности давлений с внутренней и наружной стороны ограждения. Это свойство называется воздухопроницаемостью. Воздухопроницаемость ограждений объясняется пористостью строительных материалов, составляющих ограждение. Наибольшей воздухопроницаемостью среди наружных строительных конструкций обладают окна. Воздух фильтрует через примыкание оконной рамы к откосу проёма, притворы, стыки стекла с переплётом. Значительное влияние на воздухопроницаемость ограждений оказывает его влажность – с повышением влажности строительных материалов понижается воздухопроницаемость. Целью расчёта является определение соответствия нормам воздухопроницания ограждающих конструкций [5, разд. 7]. Расчёт выполнить для конструкции наружной стены. 3.7.1 Определить разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций ΔР, Па, по формуле Р 0,55Н ( Н В ) 0,03 Н 2 , (24) где Н – высота здания (от поверхности земли до верха карниза здания), м; Н , В – удельный вес соответственно наружного и внутреннего воздуха, кг/м3, определяемый по формуле 3 463 , (25) 273 t где t – температура воздуха, принимаемая: внутреннего воздуха (для определения В ), наружного воздуха (для определения Н ); – максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь, принимаемая согласно [4, табл. 1], м/с. 3.7.2 Определить действительное сопротивление воздухопроницанию ограждающей конструкции Ru , м2·ч·Па/кг, по формуле Ru Ru1 Ru 2 ... Run , (26) где Ru1, Ru 2 ,..., Run – сопротивления воздухопроницанию отдельных слоёв ограждения, м2·ч·Па/кг, принимаемые по [5, табл. С. 1]. 25 3.7.3 Определить требуемое сопротивление тр 2 ограждающей конструкции Ru , м ·ч·Па/кг, по формуле Ruтр Р , GН воздухопроницанию (27) где Gн – нормативная воздухопроницаемость ограждающих конструкций, кг/(м2·ч), по [5, табл. 9]. 3.7.4 Определить действительную воздухопроницаемость конструкций G д , кг/(м2·ч): Р . (28) Gд Rи G д G н Проверка: наружная стена соответствует нормам воздухоRи Rитр проницания ограждающих конструкций [5, разд. 7]. 3.7.5 Определение влияния инфильтрации (поперечной) воздуха через ограждение на тепловой режим здания. В теплотехнических расчётах необходимо учитывать влияние инфильтрации на тепловой режим зданий, т. к. этот процесс ведёт к заметному понижению температуры на внутренней поверхности наружных ограждений. 3.7.5.1 Определить температуру на внутренней поверхности наружной стены с учётом инфильтрации: винф tн (tв tн ) е С В RХ G 3600 1 е СВ R0 G 3600 , (29) 1 где tн, tв – то же, что в формуле (1); е – основание натурального логарифма, е = 2,72; св – удельная теплоёмкость воздуха, св = 1 005 Дж/кг·°С; R0 – сопротивление теплопередаче наружной стены при отсутствии инфильтрации воздуха, м2·°С /Вт, определённое по формуле (7); Rx – термическое сопротивление части наружной стены от наружного воздуха до рассматриваемой плоскости при отсутствии инфильтрации воздуха, м2·°С /Вт: RX R0 RВ , (30) где Rв – то же, что в формуле (4). 3.7.5.2 Определить температуру на внутренней поверхности ограждающей конструкции при отсутствии инфильтрации по формуле t t (31) в tв в н Rв . R0 26 3.7.5.3 Определить величину инфильтрации, q0, Вт/м2, по формуле q0 теплового потока при отсутствии tв t н . R0 (32) 3.7.5.4 Определить величину теплового потока при инфильтрации qвинф , Вт/м2, по формуле сВ G д R qвинф сВG де 3600 с 3600 (tв tн ) . Gд R В 0 (33) е 3600 1 3.7.5.5 Определить коэффициент порового охлаждения ограждающей конструкции , по формуле qвинф . q0 (34) 3.7.6 По результатам расчёта сделать выводы о соответствии ограждающей конструкции нормам воздухопроницания и о влиянии инфильтрации воздуха на тепловой режим помещения. Пример расчёта инфильтрации (поперечной) воздуха через ограждение приведён в [1, § III.10]. Выявление повышенной инфильтрации воздуха через неплотности ограждений, а также дефектов теплозащиты зданий обеспечивается с помощью тепловизионного исследования в соответствии с ГОСТ 26629 «Здания и сооружения. Метод тепловизионного контроля качества теплоизоляции ограждающих конструкций». В настоящее время специалисты обратились к исследованию продольной инфильтрации через наружные ограждения в связи с повышением требований к сопротивлению теплопередачи наружных ограждений, а также с распространением в строительстве зданий с навесными вентилируемыми фасадами и применением волокнистых теплоизоляционных материалов. Продольная инфильрация, также как и поперечная, ухудшает теплозащитные свойства зданий. 3.8 Расчёт паропроницания ограждающих конструкций Известно, что с повышением влажности строительных материалов понижаются теплозащитные (увеличивается теплопроводность, λ), гигиенические качества ограждений (строительные материалы ограждений активно осваивают микромицеты – микроскопические грибы – и другие 27 микробы), экономические качества – снижается их прочность и долговечность (в процессе своей жизнедеятельности микромицеты выделяют органические и неорганические кислоты и другие химически активные вещества, в том числе и токсины, разрушающие структуру строительных материалов и связующие растворы). Проникая в дыхательные пути организма человека, продукты жизнедеятельности микромицетов оказывают на него мощное патогенное воздействие, проявляющееся в различного рода аллергиях и воспалениях вплоть до глубоких микозов и рака. В этом выражается социальное значение влажностного режима ограждений. Появление влаги в ограждении может быть вызвано следующими причинами: поступлением строительной, атмосферной, грунтовой, эксплуатационной, гигроскопической влаги, а также процессом конденсации влаги из воздуха (образование парообразной влаги). Анализ возможного влажностного режима ограждения производится при стационарном режиме с учётом диффузии водяного пара через ограждения. Диффузия парообразной влаги происходит за счёт разности парциальных давлений водяного пара с внутренней и наружной сторон ограждения. В подавляющем большинстве случаев конденсация влаги является единственной причиной повышения влажности ограждения. В результате расчёта необходимо убедиться в отсутствии конденсации водяных паров на внутренней поверхности основной глади стен, на внутренней поверхности наружного угла, а также в толще ограждения. Конденсация влаги не будет происходить на поверхности, если температура внутренней поверхности наружного ограждения на 1–2 °С превышает температуру точки росы тр , при которой относительная влажность воздуха φ при охлаждении достигает 100 % ( В тр , Вугл тр ). Расчёт на возможность конденсации влаги из воздуха ограждения выполнить для ограждающей конструкции – наружной стены. 3.8.1 Определение возможности конденсации влаги на глади наружной стены и на внутренней поверхности наружного угла. 3.8.1.1 Установить значение нормируемой относительной влажности воздуха для помещений жилого здания В , %, по [5, п. 5.7]. 3.8.1.2 Зная нормируемую относительную влажность воздуха В , в помещениях жилых зданий, а также температуру воздуха t В , определить температуру точки росы ТР по [3, табл. 9 или 9, прил. 2]. 28 3.8.1.3 Определить температуру на внутренней поверхности наружного угла, Вугл , из выражения: В Вугл t В tн 0,18 1 0,23R0 , (35) где В – то же, что и в формуле (31). 3.8.1.4 На основании выполненных расчётов сделать выводы о возможности конденсации водяных паров на глади стены, сравнивая В и тр ; на внутренней поверхности наружного угла, сравнивая Вугл и тр . 3.8.2 Определение возможности конденсации влаги в толще наружной стены (графоаналитический метод). 3.8.2.1 Определить температуру в характерных сечениях (на внутренней поверхности, между конструктивными слоями, на наружной поверхности) конструкции наружной стены i , °С, по формуле: i tВ где R n 1 i t В tн RВ Ri , R0 n 1 (36) – сумма термических сопротивлений (n – 1) конструктивных слоёв, м2С/Вт. Сделать вывод о возможности конденсации водяных паров на наружной поверхности наружной стены, условие выпадения конденсата: τн < tн. 3.8.2.2 По найденным значениям температур в характерных сечениях i , °С определить соответствующие значения парциального давления (упругости) насыщенного водяного пара Ei, Па, по приложению 3 данного учебного пособия или [9, прил. 4]. Построить графики изменения i , Ei в характерных сечениях конструкции наружной стены (рис. 4). 3.8.2.3 Определить изменение парциального давления водяного пара ei , Па, в характерных сечениях ограждения по формуле e e ei eв в н Rп , Rп n 1 где eв , eн – парциальное давление водяного пара, соответственно, внутреннего и наружного воздуха, Па, определяемые из формулы: по соответствующим значениям В , ЕВ f (tВ ) и н , Ен f (tн ) , 29 (37) e 100 % E где в и н – относительная влажность, соответственно, внутреннего [5, п. 5.7] и наружного [4, табл. 1] воздуха, %; ЕВ и Ен – парциальное давление насыщенного водяного пара, соответственно, внутреннего и наружного воздуха, Па, определяемые по приложению 3 данного учебного пособия; Rn – полное сопротивление паропроницанию ограждения, м2·ч·Па/ мг: Rn Rnв Rпi Rnн , где (38) Rпв – сопротивление влагообмену внутренней поверхности, м2·ч·Па/ мг: (39) Rnв 1 в 0,133 , 100 Rnн – сопротивление влагообмену наружной поверхности, м2·ч·Па/ мг: Rпн 1 н 0,133 , 100 R пi (40) – сумма сопротивлений паропроницанию слоёв ограждения, м2·ч·Па/ мг: R пi где i , i (41) i – толщина слоя, м; i – расчётный коэффициент паропроницаемости материала слоя ограждающей конструкции, мг/м·ч·Па, принимаемый по [5, прил. Т. 1]; R n – сумма сопротивлений паропроницаемости (n – 1) слоёв n-1 ограждения, считая от его внутренней поверхности до рассматриваемого сечения, м2ч∙Па/мг. 3.8.2.4 По найденным значениям парциального давления водяного пара еi, Па, построить график изменения еi, Па, в характерных сечениях ограждения (рис. 4). Рисунок 4. График изменения i , Ei, ei в многослойной ограждающей конструкции 30 В результате выполненных расчётов сделать вывод о возможности конденсации водяных паров в толще наружной стены. В случае установления возможности конденсации влаги необходимо предусмотреть меры против конденсации влаги. 3.8.3 Защита от переувлажнения конструкции наружной стены. Целью расчёта является определение соответствия нормам паропроницания ограждающих конструкций раздела 8 СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий». Если на основании графоаналитического метода (п. 3.8.2) выяснено, что конденсат в толще наружной стены, при низких температурах наружного воздуха не выпал, то защита от переувлажнения в наружной стене не требуется. Защита от переувлажнения ограждений должна обеспечиваться путём проектирования ограждений с сопротивлением паропроницанию внутренних слоёв не менее требуемого значения, определяемого расчётом по механизму паропроницаемости. Сопротивление RПВП ПМУ ограждения паропроницанию (наружной стены) в пределах от внутренней поверхности до плоскости максимального увлажнения (ПМУ) должно быть не менее наибольшего из следующих требуемых сопротивлений паропроницанию: а) сопротивления паропроницанию Rптр из условия недопустимости 1 накопления влаги эксплуатации; в б) сопротивления ограждающей конструкции паропроницанию Rптр2 из за годовой условия период ограничения накопления влаги в ограждающей конструкции за период с отрицательными среднемесячными температурами наружного воздуха. Плоскость максимального увлажнения в многослойной конструкции ограждения совпадает с наружной поверхностью утеплителя. Схематически изобразить конструкцию наружной стены и показать ПМУ сдвоенной линией, рисунок 5: Рисунок 5. Схема наружной стены с ПМУ 31 3.8.3.1 Определить требуемое сопротивление паропроницанию из условия недопустимости накопления влаги, м2·ч·Па/мг, по формуле где e Е RПТР1 в / R / ПН , Е eн eв – то же, что и в формуле (37); (42) eн/ – среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха за годовой период, Па, принятое по таблице 1 данного учебного пособия; Е – парциальное давление насыщенного водяного пара в плоскости максимального увлажнения за годовой период эксплуатации, Па, определяемое по формуле 1 (43) E E1Z1 E2 Z 2 E3Z3 , 12 где Z1, Z2, Z3 – продолжительность, соответственно, зимнего, весеннеосеннего и летнего периодов, в месяцах, определяемая согласно [4, табл. 5.1], с учётом следующих условий: а) к зимнему периоду относятся месяцы со средними температурами наружного воздуха ниже минус 5 °С; б) к весенне-осеннему периоду относятся месяцы со средними температурами наружного воздуха от минус 5 до плюс 5 °С; в) к летнему периоду относятся месяцы со средними температурами наружного воздуха выше плюс 5 °С. По [4, табл. 5.1] определить для заданного города продолжительность периодов Z1, Z2, Z3, а также – средние сезонные температуры наружного воздуха t1н, t2н, t3н, соответственно, для зимнего, весенне-осеннего и летнего периодов. Е1, Е2, Е3 – парциальное давление насыщенного водяного пара в плоскости максимального увлажнения, Па, принимаемое в зависимости от температур в плоскости максимального увлажнения 1, 2 , 3 , °С, по приложению 3 данного учебного пособия. Значения температур в плоскости максимального увлажнения 1, 2 , 3 определяют следующим образом: 1 tВ tВ t1н RВ R , R0 (44) 2 tВ t В t2 н RВ R , R0 (45) 32 3 tВ где R tВ t3н RВ R , R0 (46) – сумма термических сопротивлений слоёв конструкции наружной стены, расположенных между её внутренней поверхностью и плоскостью максимального увлажнения, м2·°С/Вт. R/ПН – сопротивление паропроницанию слоёв конструкции наружной стены, расположенных между её наружной поверхностью и плоскостью максимального увлажнения, м2·°С/Вт. 3.8.3.2 Определить требуемое сопротивление паропроницанию RПТР2 из условия ограничения накопления влаги в ограждающей конструкции за период с отрицательными среднемесячными температурами наружного воздуха, м2·ч·Па/мг, по формуле 0,0024 Z 0 (eВ Е0 ) RПТР2 , (47) Wср где Z0 – продолжительность периода влагонакопления, в сутках, принимаемая равной периоду с отрицательными среднемесячными температурами наружного воздуха tно, согласно [4, табл. 5.1]; Ео – парциальное давление насыщенного водяного пара в плоскости максимального увлажнения, Па, принимаемое при температуре в плоскости максимального увлажнения но , по приложению 3 данного учебного пособия. Величина но определяется по формуле (44); – плотность материала увлажняемого слоя (утеплителя), кг/м3, принимаемая равной o , определяемая по [5, табл. Т.1]; – толщина увлажняемого слоя ограждающей конструкции, принимаемая равной толщине теплоизоляционного слоя многослойной наружной стены, м; Wср – предельно допустимое приращение массового отношения влаги в материале увлажняемого слоя (утеплителя), в %, за период влагонакопления, Z0, принимаемое по [5, табл. 10]; – коэффициент, определяемый по формуле где 0,0024( Ео eно ) Z o , R / ПН (48) eно – среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха, Па, периода месяцев с отрицательными среднемесячными температурами, определяемое согласно [4, табл. 7.1]. 33 Примечание: в формулах (47) и (48) величина 0,0024 – переводной коэффициент размерностей (суток в часы, кг в г, процентов в доли единицы). 3.8.3.3 Определить сопротивление паропроницанию RПВП ПМУ слоёв наружной стены, расположенных между её внутренней поверхностью и плоскостью максимального увлажнения, м2·ч·Па/мг. 3.8.3.4 Сравнить полученное сопротивление паропроницанию ограждающей конструкции RПВП ПМУ с требуемыми сопротивлениями паропроницанию, определёнными по формулам (42) и (47). RПВП ПМУ должно быть не менее наибольшего из RПТР1 и RПТР2 . 3.8.3.5 По результатам выполненных расчётов сделать вывод о необходимости защиты ограждения (наружной стены) от парообразной влаги. В случае невыполнения условия в п. 3.8.3.4 разработать меры по предупреждению переувлажнения ограждения, в частности, предусмотреть пароизоляцию до теплоизоляционного слоя, которую следует учесть при определении полного сопротивления паропроницанию ограждающей конструкции. Расчёт, приведённый в п. 3.8.3, можно также считать расчётом по обеспечению годового баланса влаги в ограждении наружной стены. Методика и примеры расчёта паропроницания ограждающих конструкций приведены в [2, гл. Х; 9, разд. 6]. С точки зрения теории паропроницаемости наиболее рациональной конструкцией наружной стены является кирпичная стена с наружным утеплением. Возможен вариант с внутренним утеплением, но с обязательным устройством пароизоляционного слоя, как правило, под внутренней облицовкой. 3.9 Определение теплоустойчивости помещения Тепловой режим помещения определяется поступлениями или потерями тепла через наружные ограждения, работой отопительных и вентиляционных систем, бытовыми и технологическими тепловыделениями, а также теплофизическими свойствами ограждений, мебели и оборудования. Теплоустойчивостью помещения называется свойство поддерживать относительное постоянство температуры внутреннего воздуха при периодически изменяющихся теплопоступлениях от системы отопления. Чем больше способность поглощать тепло от ограждений и предметов, поверхности которых обращены в помещение, тем меньше в помещении колебания внутренней температуры и тем больше его теплоустойчивость. Свойство теплоустойчивости помещения определяется показателем теплопоглощения помещения, а также амплитудой колебания температуры воздуха в помещении. 34 В качестве допустимого предела суточного колебания температуры воздуха в жилом помещении гигиенисты считают AtДОП 1,5 С (при центральном отоплении). Теплоустойчивость наружных ограждений – это способность поддерживать относительное постоянство температуры внутренней поверхности ограждения при колебаниях температуры воздуха в помещении и наружного воздуха. Чем меньше изменения температуры внутренней поверхности ограждения, тем оно будет более устойчивым. Теплоустойчивость ограждения определяется коэффициентом теплоусвоения внутренней поверхности, величина которого зависит от порядка расположения слоёв в ограждении. При расположении у внутренней поверхности ограждения материалов, имеющих значительный коэффициент теплоусвоения, s, повышается теплоусвоение внутренней поверхности ограждения, а значит его теплоустойчивость. Таким образом, с точки зрения теории теплоустойчивости наиболее рациональной конструкцией наружной стены является кирпичная стена с наружным утеплением. Показатель теплопоглощения помещения, а также коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности ограждения зависят от теплотехнических свойств наружных и внутренних ограждающих конструкций, свойств отопительной и вентиляционной систем, особенностей конвективного и лучистого теплообмена, наличия оборудования в помещении и т. д. 3.9.1 Начертить разрез помещения, принятого для расчёта (обозначить помещение на плане здания), указать все необходимые размеры. 3.9.2 Определить и показать условно на рисунке все элементы помещения (рис. 6), обладающие свойством теплопоглощения (ограждающие конструкции, воздух помещения, мебель и т. д.). Рисунок 6. Определение показателей теплоусвоения и теплопоглощения помещения 35 3.9.3 Определить показатель теплопоглощения всех ограждающих конструкций, поверхности которых обращены внутрь помещения, Вт/ °С, по формуле (49) Pогр Рогрi Bi Fi , где Bi – коэффициент теплопоглощения ограждающей конструкции, Вт/м2·°С, определяемый по формуле (50); Fi – площадь конструкции, поверхность которой обращена внутрь помещения, м2. 3.9.4 Определить коэффициент теплопоглощения Bi , Вт/м2·°С, для всех ограждающих конструкций, поверхности которых обращены в помещение, по формуле Bi где i i 1 1 J Bi ki , (50) – коэффициент, зависящий от соотношения складываемых в знаменателе величин, следует принимать равным 1,05; J Bi – коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/м 2·°С, определяемый по методике, приводимой ниже в пункте 3.9.5; ki – коэффициент конвективного теплообмена на поверхностях, определяемый по формуле ki в 3 t , (51) где t – разность температур внутренней поверхности ограждения и воздуха в помещении; в – температурный коэффициент, определяемый по [1, табл. 1.3]. 3.9.5 Определить коэффициенты теплоусвоения внутренней поверхности всех ограждений J Bi , поверхности которых обращены внутрь помещения (потолок, пол, внутренние и наружные стены, окна, двери), Вт/м2·°С. 3.9.5.1 Определить коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности наружной стены J B , Вт/м2·°С. Предварительно следует определить наружную границу расположения слоя резких колебаний в ограждении по тепловой инерции, D: а) если D1 R1 S1 1, наружная граница слоя резких колебаний расположена в первом слое, то коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности ограждения J B следует принимать равным коэффициенту теплоусвоения материала этого слоя S1 ; 36 б) если D1 1, а D1 D2 1 , слой резких колебаний захватывает второй слой, то коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности J B следует определять по формуле R1 S12 S2 JВ ; 1 R1S2 в) если D1 D2 ... Dn1 1, но D1 D2 ... Dn 1 , (52) слой резких колебаний расположен в нескольких слоях, т. е. наружная граница его находится в некотором n-м слое ограждения, то коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности, J B , следует определять, начиная с коэффициента J B (n – 1) слоя, по формуле J В ( п1) Rn1 Sn21 Sn . 1 Rn1 Sn (53) Затем следует определить коэффициент теплоусвоения J B ( п2) : J В ( п2) Rn2 Sn22 J В(n1) 1 Rn2 J В ( n1) (54) и т. д., до тех пор, пока не будет определён J B1 первого слоя ограждения, теплоусвоение которого и будет равно теплоусвоению внутренней поверхности ограждения по формуле R1 S12 J В 2 J В J В1 , 1 R1 J В 2 где (55) Ri – термическое сопротивление слоя, Вт/м2·°С, определяемое по формуле (6); Si – коэффициент теплоусвоения материала слоя, Вт/м2·°С, принимаемый по [5, табл. Т.1]; Di – тепловая инерция слоя, определяемая по формуле Di Ri Si . Пример расчёта. Определить J В J В1 четырёхслойной наружной стены. Если D1 D2 D3 1, а D1 D2 D3 D4 1 , наружная граница слоя резких колебаний лежит в четвёртом слое, то определение коэффициента теплоусвоения начинаем с третьего слоя: R3 S32 S4 J В3 , 1 R3 S4 R2 S22 J В3 далее J В2 , 1 R2 J В 3 37 R1 S12 J В 2 далее J В1 . 1 R1 J В 2 г) если D n 1, слой резких колебаний выходит за пределы ограждения, т. е. наружная граница его находится вне ограждения. В этом случае коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности последнего слоя ограждения (наружного слоя) определяют по формуле Rn Sn2 Н J вn , 1 Rn Н где (56) Rn – термическое сопротивление последнего слоя ограждения, Вт/м2·°С; S n – коэффициент теплоусвоения материала последнего слоя ограждения, Вт/м2·°С; αн – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения, определяемый по формуле (5). 3.9.5.2 Определить коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности пола J П , Вт/ м2·°С, и установить соответствие полученного значения с нормативным значением показателя J Пнорм по [5, табл. 12]. Определить показатель теплоусвоения поверхности пола J П , Вт/ м2·°С, следующим образом: а) если покрытие пола (первый слой конструкции пола) имеет тепловую инерцию D1 R1S1 0,5 , то коэффициент теплоусвоения поверхности пола определяется по формуле: J П 2S1 ; (57) б) если первые (n – 1) слоёв конструкции пола имеют суммарную тепловую инерцию D1 D2 ... D( n1) 0,5 , а тепловая инерция n слоёв D1 D2 ... Dn 0,5 , то коэффициент теплоусвоения поверхности пола следует определять последовательно расчётом коэффициентов поверхностей слоёв конструкции, начиная с (n – 1) до 1-го: 2 Rn1 Sn21 Sn J В ( п1) . 0,5 Rn1 Sn Для (n – 1), (n – 2), …1 слоя по формулам: 4 R( n2) S(2n2) J ( n1) J В (n 2) , 1 R( n2) J ( n1) J В (n 3) 4 R( n3) S(2n3) J ( n2) 1 R( n3) J ( n2) . теплоусвоения (58) (59) (60) Коэффициент теплоусвоения поверхности пола J П принимается равным величине J В1 . 38 Если расчётный коэффициент теплоусвоения поверхности пола J П не соответствует нормативному значению J Пнорм по [5, табл. 12], то следует сделать вывод и дать рекомендации, а к дальнейшему расчёту принять J Пнорм . 3.9.5.3 Если ограждение целиком или отдельный слой ограждения практически не обладает инерцией (например, окно), то коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности J В определяется по формулам: JВ 1 1 R R R ок где 1 В , (61) Н 1 Н , (62) В – то же, что в формуле (1); Н – то же, что в формуле (5); RОК – сопротивление теплопередаче окна, м2·°С/Вт, определяемое при подборе конструкции заполнения оконных проёмов (п. 3.4.2 данного учебного пособия). а) при определении коэффициента теплоусвоения воздушных прослоек для практических расчётов принимается коэффициент теплоусвоения воздуха S = 0; б) для внутренних конструкций, подверженных с обеих сторон воздействию периодических температурных колебаний, коэффициент теплоусвоения J B , Вт/м2·°С, определяется как для наружных, но принимается в середине ограждения S = 0. Для ограждений их серединой считается половина показателя тепловой инерции ∑D всего ограждения. • Внутренние перегородки: 1. Выяснить, в каком слое находится половина ограждения: 1) определить величину (0,5∑D) – для внутренней однослойной перегородки; (0,5∑D – D1) – для внутренней трёхслойной перегородки; 2) определить термическое сопротивление половины ограждения: R1' = (0,5∑D)/S1 – для однослойной внутренней перегородки, R2' = (0,5∑D – D1)/S2 – для трёхслойной внутренней перегородки; 3) определить J B по формуле (52), принимая в середине ограждения S = 0. В результате преобразований формула (52) приобретает вид: – для однослойной внутренней перегородки J B R1 '·S12 ; 39 (63) – для трёхслойной внутренней перегородки. J B R2 '·S2 2 . (64) • Междуэтажное перекрытие: Расчёт J B междуэтажного перекрытия выполнить аналогично расчёту J B внутренних перегородок, предварительно определив, в каком слое находится половина ограждения. Если в данном расчёте рассматривается помещение первого этажа, то следует учитывать, что междуэтажное перекрытие – потолок, а 1 слой – ж/б плита. • Внутренняя дверь: Расчёт J B внутренней двери аналогичен расчёту J B однослойной внутренней перегородки. Материал внутренней двери принять – сосна – № 192 или № 193 по [5, табл. Т. 1], где приведены необходимые для расчёта коэффициенты λ и s. Толщину двери δ принять самостоятельно. Примеры и методика расчёта коэффициентов теплоусвоения ограждающих конструкций приведены в [2, гл. V, § 4; 9, разд. 3 и 4]. Данные расчёта показателя теплопоглощения всех ограждающих конструкций помещения внести в таблицу 10. Таблица 10 – Показатель теплопоглощения ограждений помещения № п/п 1 2 3 4 5 6 Наименование ограждающей конструкции Наружная стена Внутренняя стена Окно Междуэтажное перекрытие Пол первого этажа Внутренняя дверь J Bi , Вт/м2·°С Bi , Вт/м2·°С Fi , м2 Pогрi Вт/°С P огрi Вт/°С Примечание. При расчёте Fi необходимо учесть: 1) в помещении может быть несколько наружных (в угловых) и внутренних стен; 2) при расчёте Fi стен следует вычитать Fi окон и внутренних дверей. 3.9.6 Определить показатель теплопоглощения воздуха помещения, Вт/°С, по формуле 1,88V Рвозд , (65) T где V – объём помещения, м3; Т – период времени, равный 24 часам. 3.9.7 Определить показатель теплопоглощения предметов оборудования и мебели Pоб , Вт/°С, по формуле 40 Роб где 4,4 Gоб Cоб , 3 600Т (66) Т – то же, что в формуле (65); Gоб – вес оборудования, кг, следует принять самостоятельно; Cоб – удельная теплоёмкость материала оборудования или мебели, Дж/кг·°С [5, табл. Т. 1]. 3.9.8 Определить показатель теплопоглощения вентиляционного воздуха в помещении Pвент , Вт/°С, по формуле Рвент L C В , 3 600 (67) 3 L – воздухообмен в помещении, м /ч, (для жилых зданий L 3 А, где А – площадь пола данного помещения); C – удельная теплоёмкость воздуха, Дж/ кг·°С, (п. 3.7.5.1 данного учебного пособия); ρв – плотность воздуха, кг/м3. 3.9.9 Определить полный показатель теплопоглощения в помещении PП , где Вт/°С, по формуле РП Рогр Рвозд Роб Рвент ; (68) 3.9.10 Определить амплитуду колебания температуры воздуха в помещении Аt, °С по формуле m QП , (69) At РП где PП – то же, что в формуле (68); – поправочный коэффициент, принимаемый 0,7–0,9; m – коэффициент неравномерности теплоотдачи приборов системы отопления, принимаемый 0,1; QП – расчётные теплопотери через ограждающие конструкции в помещении, Вт, принять 700÷1 000 Вт. 3.9.11 Полученное значение амплитуды колебания температуры воздуха сравнить с AtДОП 1,5 C (для центрального отопления) и сделать вывод о соответствии данного помещения нормам теплоустойчивости. Помещения, в которых амплитуда колебаний температуры воздуха превышает допустимые значения, не обладают достаточной теплоустойчивостью и с санитарногигиенической точки зрения являются неудовлетворительными. Расчёт теплоустойчивости помещения в п. 3.9 предложен для холодного периода года. 41 Температура воздуха в здании в тёплый период при недостаточной защите наружных ограждений от воздействия солнечной радиации может повыситься настолько, что комфортные условия будут нарушены. Такие конструкции обладают малой теплоустойчивостью. Нормирование теплоустойчивости наружных ограждений для тёплого периода года состоит в ограничении амплитуды колебания температуры на внутренней поверхности ограждения. Для летних климатических условий за температуру наружного воздуха принимается средняя месячная температура июля, как наиболее жаркого месяца. Нормирование распространяется только на южные районы со средними температурами июля 20 °С и выше. Оценка воздействия солнечной радиации на ограждение сводится к определению амплитуды колебания температуры на внутренней поверхности ограждения и к расчёту затухания температурных колебаний в ограждении. Методика расчёта приведена в [2]. 3.10 Определение условий теплового комфорта в помещении с греющей потолочной панелью Параметры микроклимата помещения должны быть в определённых сочетаниях между собой и не откланяться от заданных пределов, т. е. находиться в некоторой зоне комфортности тепловой обстановки. Тепловые условия в помещении зависят, в основном, от температуры воздуха tв, и окружающих поверхностей tR, т. е. определяются его температурной обстановкой. Температурная обстановка в помещении может быть обусловлена двумя условиями теплового комфорта: первое условие температурного комфорта в помещении в целом определяет такую область сочетаний tв и tR, при которых человек, находясь в центре рабочей зоны, не испытывает ни перегрева, ни переохлаждения. Второе условие температурного комфорта определяет допустимые температуры нагретых и охлаждённых поверхностей при нахождении человека в непосредственной близости от них. Цель данного расчёта – установить выполнение условий комфортности, если в помещении предусмотрено панельно-лучистое отопление с греющей потолочной панелью. 3.10.1. К расчёту принять помещение, рассмотренное в разделе 3.9 . При замоноличивании греющего контура отопления в потолке наиболее невыгодным (а потому и расчётным) расположением человека в помещении является его местонахождение непосредственно под центром панели. Площадь греющей панели может быть принята равной площади конструкции потолка Fn = a · b или Fn = a' · b. 42 Данное помещение вычертить, как показано на рисунке 7, указать все необходимые для расчёта размеры и условно изобразить расположение греющей потолочной панели. Рисунок 7. Помещение с греющей потолочной панелью 3.10.2 Для принятого варианта лучисто-панельного отопления составляем уравнение теплового баланса: Qп = Qпан, где Qп – расчётные теплопотери помещения, Вт (п. 3.9.10); Qпан – теплоотдача потолочной греющей панели, Вт. 3.10.3 Определяем расчётное значение температуры на поверхности греющей потолочной панели τпрасч, °С из уравнения теплообмена на поверхности: Qп Qпан [Ф С в ( прасч в ) к ( прасч в )] Fп , где (70) Ф – коэффициент полной облучённости, определяемый по формуле Fнс / Fп 2 Ф , Fнс / Fп 2 1 (71) Fнс – площадь наружных ограждений помещения, м2; Fп – площадь греющей панели, м2; φ – коэффициент облучённости с поверхности на поверхность, расположенные в перпендикулярной плоскости, и принимаемый в зависимости от соотношения размеров поверхностей по [1, рис. 1.12]; С – коэффициент излучения поверхности серого тела для системы «панель-наружное ограждение», Вт/м2 К4, определяемый по формуле С Епр С0 , (72) где 43 С0 – коэффициент излучения абсолютно чёрного тела, = 5,77 Вт/м2 К4; Епр – приведённый относительный коэффициент излучения поверхности при теплообмене между двумя серыми поверхностями, определяемый по формуле: Епр Е1 Е2 , (73) где где Е1, Е2 – относительные коэффициенты излучения поверхностей, принимаемые по [1, табл. 1.1]; к – среднее значение коэффициента конвективного теплообмена на поверхности панели, определяемое по формуле к в 3 п в , (74) где в – температурный коэффициент, определяемый для нагретой горизонтальной поверхности, обращённой вниз по [1, табл. 1.3]; в – температура на внутренней поверхности наружной стены, °С; п – температура поверхности греющей панели, °С. Температуру поверхности строительных конструкций со встроенными нагревательными элементами, п , ориентировочно принять °С: для потолков при высоте помещения, м: от 2,5 до 2,8 …………………..28 °С от 2,8 до 3……………………..30 °С от 3 до 3,5……………………..33 °С 3.10.3.1 Для проверки первого условия комфортности определяем среднюю температуру поверхностей в помещении tR относительно человека, стоящего в центре помещения, по формуле (75) tR чi i или tR чп прасч чно но чво во , (76) i – температура, °С, соответственно, на поверхности панели прасч наружных ограждений но в , внутренних ограждений во tв ; чi – коэффициенты облучённости с человека на отдельные поверхности: • в сторону потолочной панели – чп [1, рис. 1.40, б]; • в сторону наружных ограждений – чно [1, рис. 1.40, в)]; • в сторону поверхностей внутренних ограждений – чво 1 (чп чно ) , учитывая свойство замкнутости лучистых потоков. При определении чi необходимо учитывать следующее: так как человек стоит в центре помещения, то размеры ограждений следует делить пополам, а полученную с графика величину чi – умножить на 4. где 44 Привести подробное описание определения чi . Проверяем, удовлетворяется ли первое условие комфортности: не превышает ли полученное значение средней температуры поверхностей в помещении tR (формула 76) величину tR, определённую из выражения первого условия комфортности: (77) tR 29 0,57 tв 1,5 . Сделать вывод, дать рекомендации в случае невыполнения условия комфортности. 3.10.3.2 Проверяем выполнение второго условия комфортности. К перегреву наиболее чувствительна поверхность головы человека. С поверхности головы тепло отдаётся окружающим поверхностям излучением. Выполнение второго условия комфортности проверим путём сравнения значения прасч , полученного из формулы (70) с допустимым значением для нагретой поверхности пдоп , определённого из выражения второго условия комфортности: пдоп 19,2 8,7 / чп , (78) чп – коэффициент облучённости с головы человека в сторону панели, принимаемый в зависимости от соотношения размеров по [1, рис. 1.9]. При определении чп необходимо учитывать: так как человек стоит в центре помегде щения, то размеры а и b следует делить пополам, а полученную с графика величину чп – умножить на 4. Привести подробное описание определения чп . В заключение расчёта сделать вывод о выполнении условий комфортности в помещении с греющий потолочной панелью, т. е. будет ли перегреваться элементарная площадка на поверхности головы человека. Дать рекомендации в случае невыполнения условия комфортности. Пример и методика определения условий комфортности в помещении с греющей панелью приведены в [1, § 1.19; 3, § 9.4]. 45 Библиографический список 1. Богословский, В. Н. Строительная теплофизика / В. Н. Богословский. – М. : Стройиздат, 2006. – 415 с. 2. Фокин, К. Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей здания / К. Ф. Фокин. – М. : АВОК-ПРЕСС, 2006. – 252 с. 3. Малявина, Е. Г. Теплопотери здания / Е. Г. Малявина. – М. : АВОКПРЕСС, 2007. – 142 с. 4. СП 131.13330.2018. Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99 : свод правил. – М. : Стройиздат, 2018. – 140 с. 5. СП 50.13330.2012. Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003 : свод правил. – М. : Стройиздат, 2013. – 80 с. 6. ГОСТ 30494-2011. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях. – М. : Стройиздат, 2013. – 12 с. 7. СП 54.13330.2016. Здания жилые многоквартирные. Актуализированная редакция СНиП 31-01-2003 : свод правил. – М. : Стройиздат, 2017. – 32 с. 8. СП 55.13330.2016. Дома жилые одноквартирные. Актуализированная редакция СНиП 31-02-2001 : свод правил. – М. : Стройиздат, 2017. – 18 с. 9. Руководство по теплотехническому расчёту и проектированию ограждающих конструкций зданий / Госстрой СССР ; НИИ строительной физики. – М. : Стройиздат, 1985. – 143 с. 10. Кувшинов, Ю. Я. Основы обеспечения микроклимата зданий : учебник для вузов / Ю. Я. Кувшинов, О. Д. Самарин. – М. : Ассоциация строительных вузов, 2012. – 200 с. 46 Вопросы к экзамену Раздел Введение 1. Необходимость изучения строительной теплофизики. 2. Чем обусловлены теплозащитные свойства современных наружных ограждений? 3. Мероприятия по энергосбережению в строительной теплофизике. 4. Микроклимат помещения. Оптимальные и допустимые условия. Инженерные системы, создающие микроклимат помещения. 5. Нетрадиционные источники тепла для выработки тепловой и электрической энергии, необходимость в их использовании. Раздел Стационарная теплопередача через ограждение 6. Конструкции современных многослойных ограждений. Функции слоёв. 7. Утеплители. Эффективность. Свойства. Характеристики. 8. Стационарная теплопередача через ограждение. 1-, 2-, 3-мерное температурное поле. 9. Особенности теплотехнического режима наружных угловых стен, стыков ограждений, оконных откосов. 10. Характеристики наружного климата. Раздел Воздухопроницаемость 11. Воздухопроницаемость ограждений здания. Причины, последствия. Основные характеристики. Инфильтрация. 12. Влияние воздухопроницаемости на теплопередачу в различных элементах ограждений (массив стены, стык, оконный откос). 13. Диагностика воздухопроницаемых ограждающих конструкций. Раздел Паропроницаемость 14. Условия выпадения конденсата на внутренней поверхности ограждения, на внутренней поверхности наружного угла. Мероприятия по предотвращению. 15. Паропроницаемость ограждений здания. Причины. Последствия. 16. Значение (с точки зрения теплотехники, экономики, социальное) влажностного режима наружных ограждений. 17. Увлажнения ограждений зданий. Причины, меры по предотвращению. 18. Характеристики влажного состояния воздуха в помещении. 47 19. Графоаналитический метод определения конденсации влаги в толще ограждения. Меры против. 20. Влажностный режим бесчердачного покрытия. Раздел Теплообмен в помещении 21. Теплообмен в помещении, уравнение, пояснить рисунком. 22. Конвективный теплообмен в помещении. 23. Теплообмен излучением в помещении. 24. Теплообмен человека с окружающей средой 25. Два условия температурного комфорта в помещении. Раздел Теплоустойчивость 26. Теплоустойчивость ограждений. Характеристики. 27. Колебания теплового потока и температуры внутренней поверхности ограждений. 28. Затухание температурных колебаний в ограждении. Характеристики процесса. 29. Теплоустойчивость помещений. Характеристики. 48 ПРИЛОЖЕНИЯ Приложение 1 Основные обозначения величин Буква Название буквы Буква Название буквы Греческий алфавит Αα альфа Νν ню Ββ бета Ξξ кси Γγ гамма Οο омикрон Δδ дельта Ππ пи Εε эпсилон Ρρ ро Ζζ дзета Σσ сигма Ηη эта Ττ тау Θθ тэта Υυ ипсилон Ιι йота Φφ фи Κκ каппа Χχ хи Λλ лямбда Ψψ пси Μμ мю Ωω омега Латинский алфавит Aa а Nn эн Bb бэ Oo о Cc цэ Pp пэ Dd дэ Qq ку Ee у Rr эр Ff эф Ss эс Gg жэ Tt тэ Hh аш Uu у Ii и Vv вэ Jj джи Ww дубль-вэ Kk ка Xx икс Ll эль Yy игрек Mm эм Zz зэт 49 Приложение 2 Таблица 1 – Соотношения между единицами измерений Единицы измерения Па бар мм рт. ст. мм вод. ст. Па 1 105 133,322 9,8067 бар 10-5 1 1,3332∙10-3 9,8067∙10-5 мм рт. ст. 7,502∙10-3 7,524∙102 1 7,35∙10-2 мм вод. ст. 0,102 1,02∙104 13,6 1 кгс/см2 1,02∙10-6 1,02 1,36∙10-3 10-4 кгс/см2 9,8067∙104 0,98067 7,35∙102 104 1 Таблица 2 – Соотношения между некоторыми единицами физических величин, подлежащих замене, с единицами СИ Единица Наименование величин подлежащая замене наименообозначение вание Количество килокалоккал теплоты рия Удельное килокалоколичество рия на киккал/кг теплоты лограмм килокалоккал/ч рия в час Тепловые потери гигакалоГкал/ч рия в час килокалория на Теплоёмкость ккал/С градус Цельсия килокалория на киУдельная лограмм ккал/(кгС) теплоёмкость градус Цельсия килокалория на Теплопроводность метр час ккал/(м чС) градус Цельсия 50 Соотношение с единицами СИ обозначение СИ наименование килоджоуль КДж 4,19 кДж килоджоуль на килограмм КДж/кг 4,19кДж/кг Вт 1,163 Вт МВт 1,163 МВт килоджоуль на градус Цельсия КДж/С 4,19 кДж килоджоуль на килограмм градус Цельсия КДж/(кгС) 4,19кДж/(кгС) ватт на метр градус Цельсия Вт/(м С) 1,163Вт/(м С) ватт мегаватт Приложение 3 Таблица 1 – Значения парциального давления насыщенного водяного пара Е, Па, для температуры t от 0 до минус 41 °С (надо льдом), [2, прил. 3 или 6, прил. С] t, °С 0 –0,2 –0,4 –0,6 –0,8 –1 –1,2 –1,4 –1,6 –1,8 –2 –2,2 –2,4 –2,6 –2,8 –3 –3,2 –3,4 –3,6 –3,8 –4 –4,2 –4,4 –4,6 –4,8 –5 –5,2 E 611 601 592 581 573 563 553 544 535 527 517 509 400 492 484 476 468 460 452 445 437 429 423 415 408 402 395 t, °С –5,4 –5,6 –5,8 –6 –6,2 –6,4 –6,6 –6,8 –7 –7,2 –7,4 –7,6 –7,8 –8 –8,2 –8,4 –8,6 –8,8 –9 –9,2 –9,4 –9,6 –9,8 – –10 –10,2 –10,4 E 388 381 375 369 363 356 351 344 338 332 327 321 315 310 304 299 293 289 284 279 273 268 264 – 260 260 251 t, °С –10,6 –10,8 –11 –11,2 –11,4 –11,6 –11,8 –12 –12,2 –12,4 –12,6 –12,8 –13 –13,2 –13,4 –13,6 –13,8 –14 –14,2 –14,4 –14,6 –14,8 –15 –15,2 –15,4 –15,4 –15,8 E 245 241 237 233 229 225 221 217 213 209 207 203 199 195 191 188 184 181 179 175 172 168 165 163 159 159 153 t, °С –16 –16,2 –16,4 –16,6 –16,8 –17 –17,2 –17,4 –17,6 –17,8 –18 –18,2 –18,4 –18,6 –18,8 –19 –19,2 –19,4 –19,6 –19,8 – –20 –20,5 –21 –21,5 –22 –22,5 E 151 148 145 143 140 137 135 132 129 128 125 123 120 117 116 113 111 109 107 105 – 103 99 93 89 85 81 t, °С –23 –23,5 –24 –24,5 –25 –25,5 –26 –26,5 –27 –27,5 –28 –28,5 –29 –29,5 – –30 –31 –32 –33 –34 –35 –36 –37 –38 –39 –40 –41 E 77 73 69 65 63 60 57 53 51 48 47 44 42 39 – 38 34 34 27 25 22 20 18 16 14 12 11 Таблица 2 – Значения парциального давления насыщенного водяного пара Е, Па, для температуры t от 0 до +30 °С (над водой) [2, прил. 3] t, °C 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 611 657 705 759 813 872 935 1 001 1 072 1 148 0,1 615 661 711 764 819 879 941 1 009 1 080 1 156 0,2 620 667 716 769 825 885 948 1 016 1 088 1 164 0,3 624 671 721 775 831 891 956 1 023 1 095 1 172 0,4 629 676 727 780 836 897 961 1 029 1 103 1 180 51 0,5 633 681 732 785 843 904 968 1 037 1 109 1 188 0,6 639 687 737 791 848 909 975 1 044 1 117 1 196 0,7 643 691 743 796 855 916 981 1 051 1 125 1 204 0,8 648 696 748 803 860 923 988 1 059 1 132 1 212 0,9 652 701 753 808 867 929 995 1 065 1 140 1 220 t, °C 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 0 1 228 1 312 1 403 1 497 1 599 1 705 1 817 1 937 2 064 2 197 2 338 2 488 2 644 2 809 2 984 3 168 3 363 3 567 3 782 4 005 4 246 0,1 1 236 1 321 1 412 1 508 1 609 1 716 1 829 1 949 2 077 2 210 2 352 2 502 2 660 2 826 3 001 3 186 3 381 3 586 3 801 4 029 4 268 0,2 1 244 1 331 1 421 1 517 1 619 1 727 1 841 1 962 2 089 2 225 2 366 2 517 2 676 2 842 3 020 3 205 3 401 3 608 3 824 4 052 4 292 0,3 1 253 1 339 1 431 1 527 1 629 1 739 1 853 1 974 2 102 2 238 2 381 2 538 2 691 2 860 3 038 3 224 3 421 3 628 4 846 4 076 4 317 0,4 1 261 1 348 1 440 1 537 1 640 1 749 1 865 1 986 2 115 2 252 2 396 2 542 2 709 2 877 3 056 3 244 3 441 3 649 3 869 4 100 4 341 0,5 1 269 1 355 1 449 1 547 1 651 1 761 1 877 2 000 2 129 2 266 2 412 2 564 2 725 2 894 3 074 3 262 3 461 3 672 3 890 4 122 4 366 0,6 1 279 1 365 1 459 1 557 1 661 1 772 1 889 2 012 2 142 2 281 2 426 2 580 2 742 2 913 3 093 3 282 3 481 3 692 3 913 4 146 4 390 0,7 1 287 1 375 1 468 1 568 1 672 1 784 1 901 2 025 2 156 2 294 2 441 2 596 2 758 2 930 3 112 3 301 3 502 3 714 3 937 4 170 4 416 0,8 1 285 1 384 1 479 1 577 1 683 1 795 1 913 2 037 2 169 2 309 2 456 2 612 2 776 2 948 3 130 3 321 3 523 3 796 3 960 4 194 4 441 0,9 1 304 1 323 1 488 1 588 1 695 1 807 1 925 2 050 2 182 2 324 2 471 2 628 2 792 2 965 3 149 3 341 3 544 3 758 3 982 4 218 4 466 Приложение 4 Коэффициент положения ограждения относительно наружного воздуха n [3, табл. 16] Ограждение Наружная стена и покрытие (в том числе, вентилируемое наружным воздухом), чердачное перекрытие (с кровлей из штучных материалов) и перекрытие над проездами, перекрытие над холодными (без ограждающих стенок) подпольями в северной климатической зоне Перекрытие над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом, чердачное перекрытие (с кровлей из рулонных материалов), перекрытие над холодными (с ограждающими стенками) подпольями и холодными этажами в северной строительно-климатической зоне Перекрытие над неотапливаемыми подвалами со световыми проёмами в стенах Перекрытие над неотапливаемыми подвалами без световых проёмов в стенах, расположенных выше уровня земли Перекрытие над неотапливаемыми подвалами без световых проёмов в стенах, расположенных ниже уровня земли 52 n 1 0,9 0,75 0,6 0,4 Приложение 5 Комплект заданий для текущего контроля Задание 1. Определить требуемую толщину тепловой изоляции из гравия для чердачного покрытия жилого здания в г. Владимире. 1–201 (СП 50.13330.2012, табл. Т.1) 2–60 -//3–218 -//4–200 -//- керамзитового = 0,02 м 2=? 3 = 0,002 м 4 = 0,2 м 1 Задание 2. Конструкция окна двухкамерный стеклопакет. Определить фактор формы оконного откоса, если толщина стены 560 мм. Задание 3. ГСОП = 7415. Определить сопротивление теплопередачи и конструкцию окна. Задание 4. Чему равна продолжительность отопительного периода для расчёта ограждений здания яслей - сада в г. Новосибирск? Задание 5. Определить сопротивление воздухопроницанию наружной стены. 1 = 0,12 м 1–199 (СП 50.13330.2012, табл. Т. 1; С. 1) 2 = 0,15 м 2–24 -// 3 = 0,06 м 3–133 -//Задание 6. Выпадет ли конденсат на наружной поверхности наружной стены здания (г. Воркута), если температура на наружной поверхности равна –40,4 °С. Задание 7. Определить сопротивление паропроницаемости конструкции наружной стены в жилом здании г. Орла. 1 = 0,01 м 1–201 (СП 50.13330.2012, табл. Т. 1) 2 = 0,38 м 2–181 -// 3 = 0,15 м 3–15 -// 4 = 0,01 м 4–181 -//53 Задание 8. Определить действительную упругость водяного пара наружного воздуха для г. Печоры. Задание 9. Выяснить возможность конденсации влаги на внутренней поверхности наружной стены, если температура на внутренней поверхности = 18, 3 °С. Задание 10. Чему равен коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности наружной стены? 1 = 0,12 м 1–199 (СП 50.13330.2012, табл. Т. 1) 2 = 0,15 м 2–24 -// 3 = 0,06 м 3–133 -//Задание 11. Теплоустойчива ли конструкция наружной стены? Почему? 1–199 (СП 50.13330.2012, табл. Т. 1) 2–24 -//3–133 -//Задание 12. Определить толщину тепловой изоляции наружной кирпичной стены жилого здания (г. Братск). 1 = 0,01 м 1–203 (СП 50.13330.2012, табл. Т. 1) 2 = 0,38 м 2–181 -// 3= ? 3–26 -// 4 = 0,01 м 4–183 -//Задание 13. Определить, будет ли выпадать конденсат на внутренней поверхности наружного угла жилого здания, если τуг = 15,6 °С. Задание 14. Определить температуру внутренней поверхности наружной стены толщиной в один кирпич жилого здания (г. Владимир) и выяснить возможность конденсации влаги. 54 Задание 15. Определить коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности пола 1 этажа. 1 = 0,003 м 1- 194 (СП 50.13330.2012, табл.Т.1) 2 = 0,02 м 2-203 -// 3 = 0,003 м 3-224 -// 4 = 0,19 м 4-60 -//5-199 -// 5 = 0,22 м Задание 16. Определить сопротивление воздухопроницанию наружной дания 12): 1–54 (СП 50.13330.2012, табл. Т. 1; С. 1) 2–181 -//3–24 -//4–183 -//- стены (из за 1= 0,01 м 2 = 0,38 м 3 = 0,15 м 4 = 0,01 м Задание 17. Если встать босой ногой на пол из сосновых досок, а затем на бетонный, то в каком случае ощущение тепла будет большим, почему? Задание 18. Определить и показать, где располагается наружная граница слоя резких колебаний в данной конструкции наружной стены: 1 = 0,12 м 1–199 (СП 50.13330.2012, табл. Т. 1) 2 = 0,15 м 2–15 -// 3 = 0,06 м 3–108 -//- 55 Учебное издание Высоцкая Наталья Викторовна Теплофизика здания Учебное пособие Редактор О. В. Мойсеня Технический редактор Л. П. Коровкина План 2019 г., позиция 067. Подписано в печать 31.12.2019 г. Компьютерный набор. Гарнитура Times New Roman. Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Усл. печ. л. 4,43. Уч.-изд. л. 2,9. Тираж 70 экз. Заказ № 345. Ухтинский государственный технический университет. 169300, Республика Коми, г. Ухта, ул. Первомайская, д. 13. Типография УГТУ. 169300, Республика Коми, г. Ухта, ул. Октябрьская, д. 13.