3377

Пример теплотехнического расчета ограждающих конструкций

Контрольная

Архитектура, проектирование и строительство

Пример теплотехнического расчета ограждающих конструкций 1. Исходные данные Техническое задание. В связи с неудовлетворительным тепло-влажностным режимом здания необходимо произвести утепление его стен и мансардной крыши. С этой целью выполнить расч...

Русский

2012-10-30

554 KB

877 чел.

Пример теплотехнического расчета ограждающих конструкций

1. Исходные данные

Техническое задание. В связи с неудовлетворительным тепло-влажностным режимом здания необходимо произвести утепление его стен и мансардной крыши. С этой целью выполнить расчеты термического сопротивления, теплоустойчивости, воздухо- и паропроницаемости ограждающих конструкций здания с оценкой возможности конденсации влаги в толще ограждений. Установить необходимую толщину теплоизоляционного слоя, необходимость применения ветро- и пароизоляции, порядок расположения слоев в конструкции. Разработать проектное решение, отвечающее требованиям СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» к ограждающим конструкциям. Расчеты выполнить в соответствии со сводом правил по проектированию и строительству СП 23-101-2004 "Проектирование тепловой защиты зданий".

Общая характеристика здания. Двухэтажное жилое здание с мансардой расположено в пос. Свирица Ленинградской области. Общая площадь наружных ограждающих конструкций — 585,4 м2; общая площадь стен 342,5 м2; общая площадь окон 51,2 м2; площадь крыши – 386 м2; высота подвала — 2,4 м.

Конструктивная схема здания включает несущие стены, железобетонные перекрытия из многопустотных панелей, толщиной 220 мм и бетонный фундамент. Наружные стены выполнены из кирпичной кладки и оштукатурены изнутри и снаружи строительным раствором слоем около 2 см.  

Покрытие здания имеет стропильную конструкцию со стальной фальцевой кровлей, выполненной по обрешетке с шагом 250 мм. Утеплитель толщиной 100 мм выполнен из минераловатных плит, уложенных между стропилами

В здании предусмотрено стационарное электро-теплоаккумуляционное отопление. Подвал имеет техническое назначение.

Климатические параметры. Согласно СНиП 23-02-2003  и ГОСТ 30494-96 расчетную среднюю температуру внутреннего воздуха принимаем равной

tint = 20 °С.

Согласно СНиП 23-01-99 принимаем:

1) расчетную температуру наружного воздуха в холодный период года для условий пос. Свирица Ленинградской области

text = -29 °С;

2) продолжительность отопительного периода

zht = 228 сут.;

3) среднюю температуру наружного воздуха за отопительный период 

tht = -2,9 °С.

Коэффициенты теплоотдачи. Значения коэффициента теплоотдачи внутренней поверхности ограждений принимаем: для стен, полов и гладких потолков αint = 8,7 Вт/(м2·ºС).

Значения коэффициента теплоотдачи наружной поверхности ограждений принимаем: для стен и покрытий αext =23; перекрытий чердачных αext=12 Вт/(м2·ºС);

Нормируемое сопротивление теплопередаче. Градусо-сутки отопительного периода Gd определяются по формуле (1)

Gd = 5221 °С·сут.

Поскольку значение Gd отличается от табличных значений, нормативное значение Rreq определяем по формуле (2).

Согласно СНиП 23-02-2003 для полученного значения градусо-суток нормируемое сопротивление теплопередаче Rreq, м2·°С/Вт, составляет:

- для наружных стен                                                                              3,23;

- покрытий и перекрытий над проездами                                            4,81;

- ограждений над неотапливаемыми подпольями и подвалами        4,25;

- окон и балконных дверей                                                                    0,54.

2. Теплотехнический расчет наружных стен

2.1. Сопротивление наружных стен теплопередаче

Наружные стены выполнены из пустотелого керамического кирпича и имеют толщину 510 мм. Стены оштукатурены изнутри известково-цементным раствором толщиной 20 мм, снаружи – цементным раствором той же толщины.

Характеристики данных материалов – плотность γ0, коэффициент теплопроводности в сухом состоянии 0 и коэффициент паропроницаемости μ – принимаем по табл. П.9 приложения. При этом в расчетах используем коэффициенты теплопроводности материалов W для условий эксплуатации Б, (для влажных условий эксплуатации),  которые получаем по формуле (2.5). Имеем:

- для известково-цементного раствора

γ0 = 1700 кг/м3,

0=0,52,

W =0,52(1+0,168·4)=0,87 Вт/(м·°С),

μ=0,098 мг/(м·ч·Па);

- для кирпичной кладки из пустотелого керамического кирпича на цементно-песчаном растворе

γ0 = 1400 кг/м3,

0=0,41,

W =0,41(1+0,207·2)=0,58 Вт/(м·°С),

μ=0,16 мг/(м·ч·Па);

- для цементного раствора

γ0 = 1800 кг/м3,

0=0,58,

W =0,58(1+0,151·4)=0,93 Вт/(м·°С),

μ=0,09 мг/(м·ч·Па).

Сопротивление теплопередаче стены без утепления равно

Rо = 1/8,7 + 0,02/0,87 + 0,51/0,58 + 0,02/0,93 + 1/23 = 1,08 м2·°С/Вт.

При наличии оконных проемов, образующих откосы стены, коэффициент теплотехнической однородности кирпичных стен, толщиной 510 мм принимаем r = 0,74.

Тогда приведенное сопротивление теплопередаче стен здания, определяемое по формуле (2.7), равно

Rrо=0,74·1,08=0,80 м2·°С/Вт.

Полученное значение намного ниже нормативного значения сопротивления теплопередаче, поэтому необходимо устройство наружной теплоизоляции и последующее оштукатуривание защитным и декоративным составами штукатурного раствора с армированием стеклосеткой.

Для возможности просыхания теплоизоляции закрывающий ее штукатурный слой должен быть паропроницаемым, т.е. пористым с малой плотностью. Выбираем поризованный цементно-перлитовый раствор, имеющий следующие характеристики:

γ0 = 400 кг/м3,

0 = 0,09 Вт/(м·°С),

W =0,09(1+0,067·10)=0,15 Вт/(м·°С),

= 0,53 мг/(м·ч·Па).

Суммарное сопротивление теплопередаче добавляемых слоев теплоизоляции Rт и штукатурной обделки Rш должно быть не менее

 Rт+Rш=3,23/0,74-1,08=3,28 м2·°С/Вт.

Предварительно (с последующим уточнением) принимаем толщину штукатурной обделки 10 мм, тогда сопротивление ее теплопередаче равно

Rш=0,01/0,15=0,067 м2·°С/Вт.

При использовании для теплоизоляции минераловатных плит производства ЗАО «Минеральная вата» марки Фасад Баттс 0=145 кг/м3, 0=0,033,  W =0,045 Вт/(м·°С) толщина теплоизоляционного слоя составит

δ=0,045·(3,28-0,067)=0,145 м.

Плиты Rockwool выпускаются толщиной от 40 до 160 мм с шагом 10 мм. Принимаем стандартную толщину теплоизоляции 150 мм. Таким образом, укладка плит будет производиться в один слой.

Проверка выполнения требований по энергосбережению. Расчетная схема стены представлена на рис. 1. Характеристика слоев стены и общее сопротивление стены теплопередаче без учета пароизоляции приведены в табл. 2.1.

 

Таблица 2.1

Характеристика слоев стены и общее сопротивление стены теплопередаче

слоя

Материал слоя

Плотность γ0, кг/м3

Толщина δ, м

Расчетный коэффициент теплопроводности λW, Вт/(м К)

Расчетное сопротивление теплопередаче R, м2·°С)/Вт

1

Внутренняя штукатурка (известково-цементный раствор)

1700

0,02

0,87

0,023

2

Кладка из пустотного керамического кирпича

1400

0,51

0,58

0,879

3

Внешняя штукатурка (цементный раствор)

1800

0,02

0,93

0,022

4

Минераловатный утеплитель ФАСАД БАТТС

145

0,15

0,045

3,333

5

Штукатурка защитно-декоративная (цементно-перлитовый раствор)

400

0,01

0,15

0,067

Сумма

0,675

4,32

 

Сопротивление теплопередаче стен здания после утепления составит:

Ro=1/8,7+4,32+1/23=4,48 м2·°С/Вт.

С учетом коэффициента теплотехнической однородности наружных стен (r = 0,74) получаем приведенное сопротивление теплопередаче

Ror = 4,48·0,74=3,32 м2·°С/Вт.

Полученное значение Ror = 3,32 превышает нормативное Rreq=3,23, так как фактическая толщина теплоизоляционных плит больше расчетной. Такое положение отвечает первому требованию СНиП 23-02-2003 к термическому сопротивлению стены – RоRreq.

Проверка выполнения требований по санитарно-гигиеническим и комфортным условиям в помещении. Расчетный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности стены Δt0 составляет

Δt0=n(tint text)/(Ror·αint)=1,0(20+29)/(3,32·8,7)=1,7 ºС.

Согласно СНиП 23-02-2003 для наружных стен жилых зданий допустим перепад температуры не более 4,0 ºС. Таким образом, второе условие (Δt0Δtn) выполнено.

Проверим третье условие (τint>tрос), т.е. возможна ли конденсация влаги на внутренней поверхности стены при расчетной температуре наружного воздуха text = -29 °С. Температуру внутренней поверхности τint ограждающей конструкции (без теплопроводного включения) определяем по формуле

τint= tint –Δt0=20–1,7=18,3 °С.

. Упругость водяного  пара в помещении еint равна

еint = φintЕ/100=55·2102/100=1156 Па,

Точка росы при максимальной упругости пара 1156 Па составляет

tрос = 9,1 °С.

Поскольку τint>tрос, то условие отсутствия конденсации пара на внутренней поверхности наружной стены выполняется.

2.2. Теплоустойчивость стен в холодный период года

Поскольку в здании предусмотрено стационарное электро-теплоаккумуляционное отопление, то согласно СНиП 23-02-2003 нормируемое значение амплитуды суточных колебаний температуры составляет Аtreq=2,5 ºС.

Для материала каждого слоя определяем коэффициент теплоусвоения материала s по формуле (3.1) и показатель тепловой инерции D по формуле (3.3). Результаты расчета сводим в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Коэффициенты теплоусвоения и показатели тепловой инерции слоев стены

№ слоя

Материал слоя

Плотность γ0, кг/м3

Коэффициент теплопроводности λW, Вт/(м К)

Удельная теплоемкость c, Дж/(кг·ºС)

Коэффициент теплоусвоения s, Вт/(м2·°С)

Сопротивление теплопередаче R, м2·°С/Вт

Показатель тепловой инерции D

1

Внутренняя штукатурка (известково-цементный раствор)

1700

0,87

840

9,50

0,023

0,22

2

Кладка из пустотного керамического кирпича

1400

0,58

880

7,21

0,879

6,33

3

Внешняя штукатурка (цементный раствор)

1800

0,93

840

10,11

0,022

0,22

4

Минераловатный утеплитель ФАСАД БАТТС

145

0,045

930

0,66

3,333

2,21

5

Штукатурка защитно-декоративная (цементно-перлитовый раствор)

400

0,15

840

1,91

0,067

0,13

Сумма

9,12

Из табл. 2.2 следует, что зона резких колебаний расположена в двух первых слоях ограждения, поэтому коэффициент теплоусвоения  внутренней поверхности ограждения определяется по формуле (3.6)

Yint=(R1s12+s2)/(1+ R1s2)=(0,023·9,502+7,21)/(1+0,023·7,21)=6,37 Вт/(м2·°С).

Коэффициент теплопоглощения поверхности ограждения вычисляем по формуле (3.12):

В=1/(1/'int +1/Yint)=1/(1/5,7+1/6,37)=3,01 Вт/(м2·°С).

Амплитуду колебаний температуры воздуха в помещении рассчитываем по формуле (3.11)

Atdes = m (tinttext)/ВRоr=0,25(20+29)/3,01·3,32=1,23 °С,

где m – коэффициент неравномерности отопительного прибора принят равным 0,25.

Полученное значение амплитуды суточных колебаний температуры воздуха в помещении Atdes =1,23 °С меньше нормируемого значения этой величины Аtreq=2,5 ºС, следовательно ограждение удовлетворяет требованиям СНиП по теплоустойчивости в холодное время года.

2.3. Воздухопроницаемость наружных стен

Сопротивление воздухопроницанию стен жилых и общественных зданий Jdes должно быть не менее нормируемого сопротивления воздухопроницанию Jreq (4.1), которое составляет:

Jreq= 24,6/0,5=51,6 м2·ч·Па/кг.

При этом нормируемая воздухопроницаемость стен принята равной 0,5 кг/(м2·ч). Разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях стены получена по формуле (4.2):

Δp=0,55·9,9(14,19-11,82)+0,03·14,19·5,52=25,8 Па.

Высота здания H=9,9 м складывается из высоты двух этажей по 3,3 м и высоты крыши, которая для мансардной крыши может быть принята равной высоте этажа. Удельные веса, наружного и внутреннего воздуха, Н/м3, определяем по формулам (4.3) и (4.4), соответственно, равными

γext =3463/(273-29)=14,19,

γint=3463/(273+20)=11,82.

Сопротивление воздухопроницанию стены Jdes, м2·ч·Па/кг, определяем по формуле (4.5). Результаты расчета представлены в табл. 2.3.

Таблица 2.3

Характеристика слоев стены и их сопротивление стены воздухопроницанию

слоя

Материал слоя

Плотность γ0, кг/м3

Толщина δ, м

Сопротивление воздухопроницанию Jdes, м2·ч·Па/кг

1

Внутренняя штукатурка (известково-цементный раствор)

1700

0,02

142

2

Кладка из пустотного керамического кирпича

1400

0,51

18

3

Внешняя штукатурка (цементный раствор)

1800

0,02

373

4

Минераловатный утеплитель ФАСАД БАТТС

145

0,15

0

5

Штукатурка защитно-декоративная (цементно-перлитовый раствор)

400

0,01

0

Сумма

533

 

Проведенный расчет показывает, что требование СНиП 23-02-2003 к конструкции стены по воздухопроницаемости выполнено, т. к. Jdes>> Jreq.

2.4. Сопротивление наружных стен паропроницанию

Расчетная температура tint, °C, и относительная влажность внутреннего воздуха int, %: для жилых помещений tint = 20 °С (согласно ГОСТ 30494), int = 55 % (согласно СНиП 23-02-2003).

Расчетная зимняя температура text", °C, и относительная влажность наружного воздуха ext, %, принимаются равными, соответственно, средней месячной температуре и средней относительной влажности наиболее холодного месяца. Для пос. Свирица Ленобласти наиболее холодный месяц январь. Согласно табл. П.13 и П.2 приложения

text" = -9,8 °С;  ext = 86 %.

Оценим паропроницаемость стены при отсутствии пароизоляции.

Согласно СНиП 23-02-2003 (п. 9.1, примечание 3) плоскость возможной конденсации в многослойной конструкции совпадает с наружной поверхностью утеплителя.

Сопротивление паропроницанию Ω0, м2·ч·Па/мг, ограждающей конструкции (в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации) должно быть не менее нормируемых сопротивлений паропроницанию Ωreq* и Ωreq**, определяемых по формулам (5.1) и (5.2). Для определения парциального давления насыщенного пара в зависимости от температуры по данным табл. П.8 приложения строим два графика E=f(t) отдельно для отрицательных и положительных температур (рис.2 и 3).

При tint = 20 °С, Еint = 2338 Па.

При int = 55 %, еint = (55 / 100)·2338 = 1286 Па;

Парциальное давление водяного пара, Па, в плоскости возможной конденсации за годовой период эксплуатации определяем по формуле (5.5):

Е = (Е1z1 + E2z2 + Е3z3) / 12.

Продолжительность зимнего, весенне-осеннего и летнего периодов (z1, z2, z3) и их средние температуры t1, t2, t3,  определяем по табл. П.13 приложения, а значения температур в плоскости возможной конденсации 1, 2, 3,  соответствующие этим периодам, по формуле (5.6).

Сопротивление теплопередаче внутренней поверхности стены, равно Rsj=1/int=1/8,7 = 0,115 м2·°С·Вт;

Термическое сопротивление ограждения в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации

Re = 0,023+0,879+0,022+3,333 = 4,26 м2·°С·Вт.

Сопротивление стен теплопередаче равно

Ro=4,48 м2·°С·Вт.

Продолжительность и соответствующие температуры зимнего, весенне-осеннего и летнего периодов для климатических условий пос. Свирицы Ленинградской области составляют:

1) зимний период (декабрь, январь, февраль, март):

z1 = 4 мес;

t1 = [(-9,8) + (-9,7) + (-5,7) + (-6,7)] / 4= -8,0 °С;

1 = 20 - (20 + 8,0) (0,115 + 4,257) / 4,482 = - 7,3 °С;

Е1 = 330 Па;

2) весенне-осенний период (апрель, октябрь, ноябрь):

z2 = 3 мес;

t2 = [1,9 + 4,0 + (-1,6)] / 3 = 1,4 °С;

2 = 20 - (20 – 1,4) (0,115 + 4,257) / 4,482 = 1,9 °С;

Е2 = 701 Па;

3) летний период (май, июнь, июль, август, сентябрь):

z3 = 5 мес;

t3 = (8,9 + 14,1 + 16,9 + 15,2+ 10,0) / 5 = 13,0 °С;

3 = 20 - (20 – 13,0) (0,115 + 4,257) / 4,482 = 13,2 °С.

Е3 = 1517 Па.

Сведем полученные результаты в табл. 2.4.

Таблица 2.4

Результаты расчета температуры в плоскости возможной конденсации

Период

ti, °С

z, мес

i С

Е, Па

зима (декабрь, январь, февраль, март) 

-8,0

4

-7,3

330

весна — осень (апрель, октябрь, ноябрь) 

1,4

3

1,9

701

лето (май — сентябрь) 

13,0

5

13,2

1517

Парциальное давление водяного пара Е в плоскости возможной конденсации за годовой период эксплуатации ограждающей конструкции составляет

Е = (330·4 + 701·3 + 1517·5) / 12 = 917 Па.

Сопротивление паропроницанию части ограждающей конструкции, расположенной между наружной поверхностью и плоскостью возможной конденсации, равно в нашем случае сопротивлению слоя защитно-декоративной штукатурки и определяется по формуле (5.11)

Ωe = 0,01/0,53 = 0,019 м2·ч·Па/мг.

Среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха за годовой период считаем равным парциальному давлению насыщенного пара Eextср при средней месячной температуре за годовой период (см. табл. П.13), которая в нашем случае составляет 3,1 ºС:

eextср= 764 Па.

По формуле (5.1) определяем нормируемое сопротивление паропроницанию из условия недопустимости накопления влаги за годовой период эксплуатации:

Ωreq*= (1286 - 917) 0,019 / (917 - 764) = 0,046 м2·ч·Па/мг.

Для расчета нормируемого сопротивления паропроницанию Ωreq** из условия ограничения влаги за период с отрицательными средними месячными температурами наружного воздуха берем продолжительность и среднюю температуру этого периода равными:

z0 = 151 сут,

t0 = -6,7 °С.

Температуру 0 в плоскости возможной конденсации для периода z0 определяем по формуле (5.4):

0 = 20 - (20 + 6,7) (0,115 + 4,257) / 4,482 = -6,0 °С.

Парциальное давление водяного пара Е0 в плоскости возможной конденсации определяем по графику на рис. 2 при 0 = -6,0 °С:

Е0 = 369 Па.

Среднюю упругость водяного пара наружного воздуха периода месяцев с отрицательными средними месячными температурами e0ext принимаем равной упругости насыщенного пара при температуре t0 = -6,7 °С:

e0ext=347 Па.

Коэффициент определяем по формуле (5.8):

= 0,0024 (369 - 347)151/0,019 = 419,6.

Предельно допустимое приращение расчетного массового отношения влаги в выбранном нами утеплителе (минераловатной плите Фасад Баттс), согласно СНиП 23-02-2003, составляет Wav=3 %.

Определим Ωreq** по формуле (5.2):

Ωreq**=0,0024·151(1286-369)/(145·0,150·3+419,6) = 0,685 м2·ч·Па/мг.

Определяем сопротивление слоев стены паропроницанию Ω по формуле (5.11), результаты сводим в табл. 2.5.

Таблица 2.5

Характеристика слоев стены и общее сопротивление стены паропроницанию

слоя

Материал слоя

Плотность γ0, кг/м3

Толщина δ, м

Расчетный коэффициент паропроницаемости μ, мг/(м·ч·Па) 

Расчетное сопротивление паропроницанию Ω, м2·ч·Па/мг 

1

Внутренняя штукатурка (известково-цементный раствор)

1700

0,02

0,098

0,204

2

Кладка из пустотного керамического кирпича

1400

0,51

0,16

3,188

3

Внешняя штукатурка (цементный раствор)

1800

0,02

0,09

0,222

4

Пароизоляция

-

-

-

-

5

Минераловатный утеплитель ФАСАД БАТТС

145

0,15

0,51

0,294

6

Штукатурка защитно-декоративная (цементно-перлитовый раствор)

400

0,01

0,53

0,019

Сумма

0,675

3,93

 

Сопротивление стены паропроницанию Ωо определяем по формуле (5.12) с учетом сопротивления влагообмену у внутренней и наружной поверхностей:

Ωо = 26,6·10-3+3,93+13,3·10-3= 3,97 м2·ч·Па/мг.

При сравнении полученного значения Ωо с нормируемыми значениями устанавливаем, что

Ωо > Ωreq** > Ωreq* (3,97 > 0,685 > 0,046).

Следовательно, стены удовлетворяют требованиям СНиП 23-02-2003 в отношении сопротивления паропроницанию и дополнительной пароизоляции не требуется.

Расчет распределения парциального давления водяного пара по толще стены и определение возможности образования в стене конденсата. Определяем парциальное давление водяного пара внутри и снаружи стены:

tint = 20 °С; int = 55 %;

еint = (55/100)2338 = 1286 Па;

text" = -9,8 °С; int = 86 %;

eext = (86/100)264 = 227 Па.

Определяем температуры i на границах слоев по формуле (5.13), нумеруя от внутренней поверхности к наружной, и по этим температурам определяем13 формуле (5.ой пароизоляции не требуется.е  слоя р (рис.1 и 2)сти от температуры строим два графика максимальное парциальное давление водяного пара Еi по графикам зависимости E=f(t) на рис. 2 и 3.

int = 20 - (20 + 9,8) (0,115) / 4,482 = 19,2 °С;

Еτint = 2225 Па;

12 = 20 - (20 + 9,8) (0,115 + 0,023) / 4,482 = 19,1°С;

Е12 = 2210 Па;

23 = 20 - (20 + 9,8) (0,115 + 0,902) / 4,482 = 13,2 °С;

Е23 = 1517 Па;

34 = 20 - (20 + 9,8) (0,115 + 0,924) / 4,482 =13,1 °С;

Е34 = 1508 Па;

45 = 20 - (20 + 9,8) (0,115 + 4,257) / 4,482 = -9,1 °С;

Е45 = 281 Па;

ext = 20 - (20 + 9,8) (0,115 + 4,324) / 4,482 = -9,5 °С;

Еext = 271 Па;

Рассчитаем действительные парциальные давления ei водяного пара на границах слоев по формуле (5.14) и установим распределение точек росы по толщине ограждения (по координате x). Результаты расчета представлены в табл. 2.6.

Таблица 2.6

Результаты оценки возможности конденсации пара внутри стен

 Граница слоев

x, м

Ri, 2·°С)/Вт

i, °С

Ei, Па

Ωi, м2·ч·Па/мг

еi, Па

tросы, °С

int-1

0

0

19,2

2225

0

1279

10,6

1-2

0,020

0,023

19,1

2210

0,204

1224

10,0

2-3

0,530

0,902

13,2

1517

3,392

364

-6,2

3-4

0,550

0,924

13,1

1508

3,614

304

-8,2

4-5

0,700

4,257

-9,1

281

3,908

225

-11,6

5-ext

0,710

4,324

-9,5

271

3,927

220

-11,8

При сравнении величин максимального парциального давления Ei водяного пара и величин действительного парциального давления ei водяного пара на соответствующих границах слоев видим, что все величины еi ниже величин Еi, что указывает на отсутствие возможности конденсации водяного пара в ограждающей конструкции. Построим график изменения температуры и точки росы по координате x, т.е. по толщине стены (рис. 4). Из рис. 4 видно, что значения точек росы, лежат ниже значений температуры по всей толщине стены. Следовательно, при расчетной температуре и влажности наружного воздуха конденсация пара исключена и пароизоляции не требуется.

Вывод. Для утепления здания предложено проектное решение с наружной теплоизоляцией минераловатными плитами Фасад Баттс, толщиной 150 мм. Теплоизоляция защищена слоем паропроницаемой декоративной штукатурки толщиной 10 мм, армированной стеклосеткой. В результате проведенных расчетов установлено, что данное проектное решение удовлетворяет требованиям СНиП 23-02-2003  в отношении теплозащиты, теплоустойчивости, воздухо- и паропроницаемости.

3. Теплотехнический расчет мансардной крыши

3.1. Характеристика покрытия

Покрытие корпуса представляет собой стропильную конструкцию. Наклонные стропила сечением 50×100 мм и шагом 650 мм обшиты снизу обрезной доской встык толщиной 40 мм и вагонкой толщиной 8 мм в шпунт. По верху стропил укреплена обрешетка из деревянных брусков сечением 50×50 мм и шагом 250 мм, поддерживающая стальную фальцевую кровлю. Между стропилами уложена теплоизоляция из минераловатных плит Руф Баттс, толщиной 100 мм. Пароизоляция в виде полиэтиленовой пленки толщиной 0,2 мм расположена под теплоизоляцией. Между кровлей и теплоизоляцией находится неоднородный слой, состоящий из отстоящих друг от друга деревянных брусков и образующихся между ними замкнутых воздушных прослоек, толщиной 50 мм. Все деревянные детали выполнены из древесины сосны расположены в конструкции так, что тепловой поток направлен поперек волокон.

Характеристики материалов покрытия – плотность γ0, коэффициент теплопроводности в сухом состоянии 0 и коэффициент паропроницаемости μ – принимаем по табл. П.9 приложения. При этом в расчетах используем коэффициенты теплопроводности материалов W для условий эксплуатации Б, (для влажных условий эксплуатации),  которые получаем по формуле (2.5). Имеем:

- для древесины сосны

γ0 = 500 кг/м3,

0=0,09,

W =0,09(1+0,05·20)=0,18 Вт/(м·°С),

μ=0,06 мг/(м·ч·Па);

- для полиэтиленовой пленки

γ0 = 930 кг/м3,

0=W =0,12 Вт/(м·°С),

μ=0,000022 мг/(м·ч·Па);

- для минераловатной плиты Руф Баттс

γ0 = 120 кг/м3,

0=0,033,

W =0,033(1+0,074·5)=0,045 Вт/(м·°С),

μ=0,32 мг/(м·ч·Па);

- для стальной кровли

γ0 = 7850 кг/м3,

0=W =58 Вт/(м·°С),

μ=0.

3.2. Сопротивление теплопередаче покрытия мансарды

Приведенное сопротивление теплопередаче неоднородных слоев покрытия, рассчитывают по формуле (2.6):

Rr=A/∑(Ai /Rri),

где Аi, Rri — соответственно площадь i-го участка характерной части ограждающей конструкции, м2, и его приведенное сопротивление теплопередаче, м2·°С/Вт;

А — общая площадь теплопередачи неоднородного слоя, равная сумме площадей отдельных участков, м2.

Аналогичным образом рассчитывается приведенное сопротивление паропроницанию неоднородных слоев:

Ωr=A/∑(Ai /Ωri),

где Аi, Ωri — соответственно площадь i-го участка характерной части ограждающей конструкции, м2, и его приведенное сопротивление паропроницанию, м2·°С/Вт;

В нашем случае имеется два неоднородных слоя: слой № 4 включает чередующиеся стропила и теплоизоляцию; слой № 5 – брусья обрешетки с воздушными промежутками между ними. Результаты расчета приведены в табл. 3.1.

 

Таблица 3.1

Приведенное сопротивление теплопередаче неоднородного участка кровли

слоя

Материал слоя

Ширина,

м

Толщина δ, м

Расчетные коэффициенты

Расчетные сопротивления

Теплопроводности λ, Вт/(м К)

Паропроницаемости µ, мг/(м·ч·Па)

Теплопередаче R, (м2·°С)/Вт

Паропроницанию Ω, м2·ч·Па/мг

РУФ БАТТС Н

0,60

0,1

0,045

0,32

2,222

0,313

Стропила с шагом 0,65 м

0,05

0,1

0,18

0,06

0,556

1,667

4

РУФ БАТТС Н + стропила

0,65

0,1

-

1,806

0,333

Воздушн.прослойка

0,2

0,05

-

-

0,160

0

Бруски с шагом 0,25 м

0,05

0,05

0,18

0,06

0,278

0,833

5

Обрешетка с воздушными прослойками

0,25

0,05

 -

 -

0,175

0

 

Термическое сопротивление покрытия (без дополнительного утепления) определяем как сумму термических сопротивлений отдельных слоев, включая приведенное сопротивление неоднородных слоев:

Rо=1/8,7+0,008/0,18+0,04/0,18+0,0004/0,12+1,806+0,175+0,0006/58+1/23=2,41 м2·°С/Вт.

Полученное значение практически в два раза ниже нормативного сопротивления теплопередаче, составляющего 4,81 м2·°С/Вт. В связи с этим необходима реконструкция покрытия с укладкой дополнительного утепляющего слоя. При этом предполагается снятие кровли и обрешетки, наращивание дополнительной доской вертикального размера сечения стропил для размещения дополнительной теплоизоляции и восстановление кровли.

Для дополнительной теплоизоляции выбираем минераловатные плиты производства ЗАО «Минеральная вата» марки Руф Баттс γ0=145 кг/м3, 0=0,033,  W =0,045 Вт/(м·°С). Сопротивление теплопередаче дополнительного слоя теплоизоляции Rт и должно составлять не менее

 Rт =4,81-2,41=2,40 м2·°С/Вт.

Толщину дополнительного теплоизоляционного (неоднородного) слоя найдем из уравнения, составленного в соответствии с формулой (2.6):

0,65·1/2,40=0,60·1/(δ/ 0,045)+ 0,05·1/(δ/ 0,18),

откуда

δ=2,4(0,60·0,045+0,05·0,18)/0,65=0,133 м.

Плиты Rockwool выпускаются толщиной от 40 до 160 мм с шагом 10 мм. Принимаем стандартную толщину плит 140 мм. Таким образом, дополнительная теплоизоляция будет уложена в один слой. При этом суммарная толщина теплоизоляционного слоя из минераловатных плит Руф Баттс составит 240 мм.

Проверка выполнения требований по энергосбережению. Расчетная схема мансардной крыши приведена на рис. 5. Произведем расчет общего приведенного сопротивления теплопередаче мансардного покрытия при выбранной толщине теплоизоляции. Результаты расчета приведены в табл. 3.2.

Таблица 3.2

Характеристика слоев покрытия и общее сопротивление теплопередаче

слоя

Материал слоя

Плотность γ0, кг/м3

Толщина δ, м

Расчетный коэффициент теплопроводности λW, Вт/(м К)

Расчетное сопротивление теплопередаче R, м2·°С)/Вт

1

Вагонка (внутр.обшивка)

500

0,008

0,18

0,044

2

Доска обрезная (подшивка)

500

0,04

0,18

0,222

3

Пароизоляция (п/э пленка в 2 слоя)

930

0,0004

0,95

0

4

Теплоизоляция + стропила

120 

0,240

 0,055

4,333

5

Обрешетка + воздушные промежутки

0,05

 -

0,175

6

Стальная кровля

7850

0,0006

58 

0,00001

Сумма

0,29

4,78

 

Сопротивление теплопередаче покрытия после утепления составит:

Ro=1/8,7+4,78+1/23=4,93 м2·°С/Вт.

Согласно СНиП 23-02-2003 для полученного выше значения градусо-суток нормируемое сопротивление теплопередаче покрытия составляет:

Rcreq = 4,81 м2·°С/Вт

Как видно из табл. 3.2, покрытие удовлетворяет требованиям по теплозащите (Ro> Rcreq) при толщине теплоизоляционного слоя из минераловатных плит 240 мм. Следовательно, для утепления кровли следует к существующей теплоизоляции добавить слой минераловатных плит РУФ БАТТС Н толщиной 140 мм.

Проверка выполнения требований по санитарно-гигиеническим и комфортным условиям в помещении мансарды. Расчетный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности покрытия Δt0 составляет

Δt0=n(tint text)/(Ro·αint)=1,0(20+29)/(4,93·8,7)=1,14 ºС.

Согласно СНиП 23-02-2003 для покрытий жилых зданий допустим перепад температуры Δt0 не более Δtn=3,0 ºС. Таким образом, второе условие (Δt0Δtn) выполнено.

Проверим третье условие (τint>tрос), т.е. возможна ли конденсация влаги на внутренней поверхности покрытия при расчетной температуре наружного воздуха text = -29 °С. Температуру внутренней поверхности τint, С, ограждающей конструкции (без теплопроводного включения) определяем по формуле

τint= tint –Δt0=20–1,14=18,86 °С.

. Упругость водяного  пара в помещении еint равна

еint = φintЕ/100=55·2102/100=1156 Па,

Точка росы при максимальной упругости пара 1156 Па составляет

tрос = 9,1 °С.

Поскольку τint>tрос, то условие отсутствия конденсации пара на внутренней поверхности наружной стены выполняется.

3.3. Теплоустойчивость мансардной крыши в холодный период года

 

Поскольку в здании предусмотрено стационарное электро-теплоаккумуляционное отопление, то согласно СНиП 23-02-2003 нормируемое значение амплитуды суточных колебаний температуры составляет Аtreq=2,5 ºС.

Для материала каждого слоя определяем коэффициент теплоусвоения материала s по формуле (3.1) и показатель тепловой инерции D по формуле (3.3).

Для неоднородного слоя № 4, состоящего из чередующихся древесных и минераловатных участков коэффициент теплопроводности λW можно подсчитать как

λW=δ/Rr=0,24/4,333=0,055 Вт/(м·ºС),

а удельную теплоемкость как средневзвешенную величину

с=(с1γ1V1+с2γ2V2)/(γ1V12V2),

где с, γ, V – удельная теплоемкость, плотность и объем, соответственно, древесины (индекс 1) и минераловатной плиты (индекс 2).

с=(2,3·500·0,05·0,25·1,0+0,95·120·0,60·0,25·1,0)/(500·0,05·0,25·1,0+120·0,60·0,25·1,0)=

=(2,3·500·0,05+0,95·120·0,60)/(500·0,05+120·0,60)=1,298 кДж/(кг·ºС).

Аналогично найдем средневзвешенное значение плотности:

γ0=1V12V2)/(V1+V2)=(500·0,05+120·0,60)/(0,05+0,60)=149 кг/м3.

Результаты расчета сводим в табл. 3.3.

Таблица 3.3

Коэффициенты теплоусвоения и показатели тепловой инерции слоев покрытия

№ слоя

Материал слоя

Плотность γ0, кг/м3

Коэффициент теплопроводности λW, Вт/(м·ºС)

Удельная теплоемкость c, Дж/(кг·ºС)

Коэффициент теплоусвоения s, Вт/(м2·°С)

Сопротивление теплопередаче R, м2·°С/Вт

Показатель тепловой инерции D

1

Вагонка (внутр.обшивка)

500

0,18

2300

3,88

0,044

0,17

2

Доска обрезная (подшивка)

500

0,18

2300

3,88

0,222

0,86

3

Пароизоляция (п/э пленка)

 930

0,95

1570

10,1

0,0002

0

4

Слой теплоизоляции + стропила

149 

0,055

1298

0,88

4,333

3,81

5

Обрешетка + воздушные промежутки

-

-

-

0,175

0

6

Стальная кровля

7850 

58

482

126,3

0,00001

0,001

Сумма

4,84

Из табл. 3.3 следует, что зона резких колебаний расположена в двух первых слоях ограждения, поэтому коэффициент теплоусвоения  внутренней поверхности ограждения определяется по формуле (3.6)

Yint=(R1s12+s2)/(1+ R1s2)=(0,044·3,882+3,88)/(1+0,044·3,88)=3,88 Вт/(м2·°С).

Коэффициент теплопоглощения поверхности ограждения вычисляем по формуле (3.12):

В=1/(1/'int +1/Yint)=1/(1/(4,5+3,5)+1/3,88)=2,61Вт/(м2·°С).

Амплитуду колебаний температуры воздуха в помещении рассчитываем по формуле (3.11)

Atdes = m (tinttext)/ВRо=0,25(20+29)/2,61·4,93=0,95 °С,

где m – коэффициент неравномерности отопительного прибора принят равным 0,25.

Полученное значение амплитуды суточных колебаний температуры воздуха в помещении мансарды Atdes =1,23 °С меньше нормируемого значения этой величины Аtreq=2,5 ºС, следовательно ограждение удовлетворяет требованиям СНиП по теплоустойчивости в холодное время года.

3.4. Воздухопроницаемость мансардной крыши

Сопротивление воздухопроницанию покрытий жилых и общественных зданий Jdes должно быть не менее нормируемого сопротивления воздухопроницанию Jreq (4.1), которое составляет:

Jreq= 24,6/0,5=51,6 м2·ч·Па/кг.

При этом нормируемая воздухопроницаемость покрытия принята равной 0,5 кг/(м2·ч). Разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях покрытия получена по формуле (4.2):

Δp=0,55·9,9(14,19-11,82)+0,03·14,19·5,52=25,8 Па.

Высота здания H=9,9 м складывается из высоты двух этажей по 3,3 м и высоты крыши, которая для мансардной крыши может быть принята равной высоте этажа. Удельные веса, наружного и внутреннего воздуха, Н/м3, определяем по формулам (4.3) и (4.4), соответственно, равными

γext =3463/(273-29)=14,19,

γint=3463/(273+20)=11,82.

Сопротивление покрытия воздухопроницанию Jdes, м2·ч·Па/кг, определяем по формуле (4.5). Результаты расчета представлены в табл. 3.4.

Таблица 3.4

Характеристика слоев покрытия воздухопроницанию

слоя

Материал слоя

Плотность γ0, кг/м3

Толщина δ, м

Сопротивление воздухопроницанию Jdes, м2·ч·Па/кг

1

Вагонка (внутр.обшивка)

500

0,008

0,6

2

Доска обрезная (сплошная подшивка)

500

0,04

0,2

3

Пароизоляция (п/э пленка 2 слоя)

 -

0,0004

2000

4

Слой теплоизоляции между стропилами

120 

0,240

9,6

5

Обрешетка с воздушными прослойками

0,05

0

6

Стальная кровля

7850

0,0006

1800

Сумма

3810

 

Поскольку Jdes>> Jreq , то требование СНиП 23-02-2003 к конструкции покрытия по воздухопроницаемости выполнено.

3.5. Сопротивление покрытия паропроницанию

Расчетная температура tint, °C, и относительная влажность внутреннего воздуха int, %: для жилых помещений tint = 20 °С (согласно ГОСТ 30494), int = 55 % (согласно СНиП 23-02-2003).

Расчетная зимняя температура text", °C, и относительная влажность наружного воздуха ext, %, принимаются равными, соответственно, средней месячной температуре и средней относительной влажности наиболее холодного месяца. Для пос. Свирица Ленобласти наиболее холодный месяц январь. Согласно табл. П.13 и П.2 приложения

text" = -9,8 °С;

ext = 86 %.

Согласно СНиП 23-02-2003 (п. 9.1, примечание 3) плоскость возможной конденсации в многослойной конструкции совпадает с наружной поверхностью утеплителя.

Сопротивление паропроницанию Ω0, м2·ч·Па/мг, ограждающей конструкции (в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации) должно быть не менее нормируемых сопротивлений паропроницанию Ωreq* и Ωreq**, определяемых по формулам (5.1) и (5.2). Для определения парциального давления насыщенного пара в зависимости от температуры по данным табл. П.8 приложения строим два графика E=f(t) отдельно для отрицательных и положительных температур (рис.2 и 3).

При tint = 20 °С, Еint = 2338 Па.

При int = 55 %, еint = (55/100)·2338 = 1286 Па;

Парциальное давление водяного пара, Па, в плоскости возможной конденсации за годовой период эксплуатации определяем по формуле (5.5):

Е = (Е1z1 + E2z2 + Е3z3) / 12,

Продолжительность зимнего, весенне-осеннего и летнего периодов (z1, z2, z3) и их средние температуры t1, t2, t3,  определяем по табл. П.13 приложения, а значения температур в плоскости возможной конденсации 1, 2, 3,  соответствующие этим периодам, по формуле (5.6).

Сопротивление теплопередаче внутренней поверхности покрытия, равно Rsj=1/int=1/8,7 = 0,115 м2·°С·Вт;

Термическое сопротивление ограждения в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации

Re = 0,044+0,222+4,333 = 4,60 м2·°С·Вт.

Сопротивление покрытия теплопередаче равно

Ro=4,93 м2·°С·Вт.

Продолжительность и соответствующие температуры зимнего, весенне-осеннего и летнего периодов для климатических условий пос. Свирицы Ленинградской области составляют:

1) зимний период (декабрь, январь, февраль, март):

z1 = 4 мес;

t1 = [(-9,8) + (-9,7) + (-5,7) + (-6,7)] / 4= -8,0 °С;

1 = 20 - (20 + 8,0) (0,115 + 4,60) / 4,93 = - 6,8 °С;

Е1 = 344 Па;

2) весенне-осенний период (апрель, октябрь, ноябрь):

z2 = 3 мес;

t2 = [1,9 + 4,0 + (-1,6)] / 3 = 1,4 °С;

2 = 20 - (20 – 1,4) (0,115 + 4,60) / 4,93= 2,2 °С;

Е2 = 716 Па;

3) летний период (май, июнь, июль, август, сентябрь):

z3 = 5 мес;

t3 = (8,9 + 14,1 + 16,9 + 15,2+ 10,0) / 5 = 13,0 °С;

3 = 20 - (20 – 13,0) (0,115 + 4,60) / 4,93 = 13,3 °С.

Е3 = 1527 Па.

Сведем полученные результаты в табл. 3.5.

Таблица 3.5

Результаты расчета температуры в плоскости возможной конденсации

Период

ti, °С

z, мес

i С

Е, Па

зима (декабрь, январь, февраль, март) 

-8,0

4

-6,8

344

весна — осень (апрель, октябрь, ноябрь) 

1,4

3

2,2

716

лето (май — сентябрь) 

13,0

5

13,3

1527

Парциальное давление водяного пара Е в плоскости возможной конденсации за годовой период эксплуатации ограждающей конструкции составляет

Е = (344·4 + 716·3 + 1527·5) / 12 = 930 Па.

Сопротивление паропроницанию части ограждающей конструкции, расположенной между наружной поверхностью и плоскостью возможной конденсации Ωe, равно в нашем случае сопротивлению стальной кровли и является очень высоким. Согласно СП 23-101-2004 коэффициент паропроницаемости μ стали принят равным 0. Однако в случае фальцевой кровли водяной пар может проникать через соединения кровельных листов. Поэтому примем для стальной кровли сопротивление паропроницанию Ω=7,3 как для полиетиленовой пленки толщиной 0,16 мм, тогда

Ωe=7,3 м2·ч·Па/мг.

Среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха за годовой период считаем равным парциальному давлению насыщенного пара Eextср при средней месячной температуре за годовой период (см. табл. П.13), которая в нашем случае составляет 3,1 ºС:

eextср= 764 Па.

По формуле (5.1) определяем нормируемое сопротивление паропроницанию из условия недопустимости накопления влаги за годовой период эксплуатации:

Ωreq*= (1286 - 930) 7,3 / (930 - 764) = 15,66 м2·ч·Па/мг.

Для расчета нормируемого сопротивления паропроницанию Ωreq** из условия ограничения влаги за период с отрицательными средними месячными температурами наружного воздуха берем продолжительность и среднюю температуру этого периода равными:

z0 = 151 сут,

t0 = -6,7 °С.

Температуру 0 в плоскости возможной конденсации для периода z0 определяем по формуле (5.4):

0 = 20 - (20 + 6,7) (0,115 + 4,60) / 4,93 = -5,5 °С.

Парциальное давление водяного пара Е0 в плоскости возможной конденсации определяем по графику на рис. 2 при 0 = -5,5 °С:

Е0 = 385 Па.

Среднюю упругость водяного пара наружного воздуха периода месяцев с отрицательными средними месячными температурами e0ext принимаем равной упругости насыщенного пара при температуре t0 = -6,7 °С:

e0ext=347 Па.

Коэффициент определяем по формуле (5.8):

= 0,0024 (385 - 347)151/7,3=1,89.

Предельно допустимое приращение расчетного массового отношения влаги в выбранном нами утеплителе (минераловатной плите Фасад Баттс), согласно СНиП 23-02-2003, составляет Wav=3 %.

Определим Ωreq** по формуле (5.2):

Ωreq**=0,0024·151(1286-385)/(120·0,240·3+1,89) = 3,70 м2·ч·Па/мг.

Определяем сопротивление слоев покрытия паропроницанию Ω по формуле (5.11), результаты сводим в табл. 3.6.

Таблица 3.6

Характеристика слоев и сопротивление покрытия паропроницанию

слоя

Материал слоя

Плотность γ0, кг/м3

Толщина δ, м

Расчетный коэффициент паропроницаемости μ, мг/(м·ч·Па) 

Расчетное сопротивление паропроницанию Ω, м2·ч·Па/мг 

1

Вагонка (внутр.обшивка)

500

0,008

0,06

0,133

2

Доска обрезная (подшивка)

500

0,04

0,06

0,667

3

Пароизоляция (п/э пленка 2 слоя)

930

0,0004

0,000022

18,18

4

Теплоизоляция + стропила

120 

0,240

-

0,8

5

Обрешетка + воздушные промежутки

0,05

-

0

6

Стальная кровля

7850

0,0006

-

7,3

Сумма

0,34

-

27,08

 

Сопротивление покрытия паропроницанию Ωо определяем по формуле (5.12) с учетом сопротивления влагообмену у внутренней и наружной поверхностей:

Ωо = 26,6·10-3+27,08+13,3·10-3= 27,12 м2·ч·Па/мг.

При сравнении полученного значения Ωо с нормируемыми значениями устанавливаем, что

Ωо > Ωreq*> Ωreq**  (27,12 > 15,66 > 3,70).

Следовательно, покрытие удовлетворяет требованиям СНиП 23-02-2003 в отношении сопротивления паропроницанию.

Расчет распределения парциального давления водяного пара по толщине покрытия и определение возможности образования в покрытии конденсата. Определяем парциальное давление водяного пара внутри и снаружи покрытия:

tint = 20 °С; int = 55%;

еint = (55/100)2338 = 1286 Па;

text" = -9,8 °С; int = 86 %;

eext = (86/100)264 = 227 Па.

Определяем температуры i на границах слоев по формуле (5.13), нумеруя от внутренней поверхности к наружной, и по этим температурам определяем13 формуле (5.ой пароизоляции не требуется.е  слоя р (рис.1 и 2)сти от температуры строим два графика максимальное парциальное давление водяного пара Еi по графикам зависимости E=f(t) на рис. 2 и 3.

int = 20 - (20 + 9,8) (0,115) / 4,93= 19,3 °С;

Еτint =2238 Па;

12 = 20 - (20 + 9,8) (0,115 + 0,044) / 4,93= 19,0 °С;

Е12 = 2197 Па;

23 = 20 - (20 + 9,8) (0,115 + 0,267) / 4,93= 17,7 °С;

Е23 = 2025 Па;

34 = 20 - (20 + 9,8) (0,115 + 0,267) / 4,93=17,7 °С;

Е34 = 2025 Па;

45 = 20 - (20 + 9,8) (0,115 + 4,600) / 4,93= -8,5 °С;

Е45 = 291 Па;

56 = 20 - (20 + 9,8) (0,115 + 4,775) / 4,93= -9,6 °С;

Е45 = 268 Па;

ext = 20 - (20 + 9,8) (0,115 + 4,775) / 4,93= -9,6 °С;

Еext = 268 Па;

Рассчитаем действительные парциальные давления ei водяного пара на границах слоев по формуле (5.14) и установим распределение точек росы по толщине ограждения (по координате x). Результаты расчета представлены в табл. 3.7.

Таблица 3.7

Результаты оценки возможности конденсации пара внутри покрытия

 Граница слоев

x, м

Ri, 2·°С)/Вт

i, °С

Ei, Па

Ωi, м2·ч·Па/мг

еi, Па

tрос, °С

int-1

0

0

19,3

2238

0

1286

10,7

1-2

0,008

0,044

19,0

2197

0,133

1281

10,6

2-3

0,048

0,267

17,7

2025

0,800

1255

10,3

3-4

0,048

0,267

17,7

2025

18,982

544

-1,4

4-5

0,288

4,600

-8,5

291

19,782

512

-2,1

5-6

0,338

4,775

-9,6

268

19,782

512

-2,1

6-ext

0,339

4,775

-9,6

268

27,082

227

-11,5

Нанесем на график (рис. 5) значения температур в толще покрытия и точек росы.

Пересечение кривых i и tрос указывает на конденсацию влаги в ограждении. Следовательно, необходимо найти конструктивное решение, исключающее конденсацию водяного пара в покрытии.

3.6. Расчет конструктивного решения, исключающего конденсацию

Для исключения конденсации необходимо отказаться от подкровельной обрешетки, и сделать основание под фальцевую кровлю в виде сплошного дощатого настила. Используем для этого сосновые обрезные доски толщиной 20 мм. В этом случае термическое сопротивление покрытия составит, м2·°С/Вт,

Rо=1/8,7+0,008/0,18+0,04/0,18+0,0004/0,12+4,333+0,02/0,18+0,0006/58+1/23=4,87.

Расчетный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности покрытия Δt0 составляет

Δt0=n(tint text)/(Ro·αint)=1,0(20+29)/(4,87·8,7)=1,16 ºС,

что меньше нормативного значения Δtn=3,0 ºС.

Продолжительность и соответствующие температуры зимнего, весенне-осеннего и летнего периодов для климатических условий пос. Свирицы Ленинградской области приведены в табл. 3.8.

Таблица 3.8

Результаты расчета температуры в плоскости возможной конденсации

Период

ti, °С

z, мес

i С

Е, Па

зима (декабрь, январь, февраль, март) 

-8,0

4

-7,1

335

весна — осень (апрель, октябрь, ноябрь) 

1,4

3

2,0

705

лето (май — сентябрь) 

13,0

5

13,2

1517

Парциальное давление водяного пара Е в плоскости возможной конденсации за годовой период эксплуатации ограждающей конструкции составляет

Е = (335·4 + 705·3 + 1517·5) / 12 = 920 Па.

Сопротивление паропроницанию части ограждающей конструкции, расположенной между наружной поверхностью и плоскостью возможной конденсации Ωe, равно

Ωe=0,02/0,06+7,3=7,6 м2·ч·Па/мг.

Среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха за годовой период:

eextср= 764 Па.

По формуле (5.1) определяем нормируемое сопротивление паропроницанию из условия недопустимости накопления влаги за годовой период эксплуатации:

Ωreq*= (1286 - 920) 7,6 / (920 - 764) = 17,83 м2·ч·Па/мг.

Температуру 0 в плоскости возможной конденсации для периода z0 определяем по формуле (5.4):

0 = 20 - (20 + 6,7) (0,115 + 4,60) / 4,87 = -5,9 °С.

Парциальное давление водяного пара Е0 в плоскости возможной конденсации определяем по графику на рис. 2 при 0 = -5,9 °С:

Е0 = 372 Па.

Коэффициент определяем по формуле (5.8):

= 0,0024 (372 - 347)151/7,6=1,19.

Предельно допустимое приращение расчетного массового отношения влаги в выбранном нами утеплителе (минераловатной плите Фасад Баттс), согласно СНиП 23-02-2003, составляет Wav=3 %.

Определим Ωreq** по формуле (5.2):

Ωreq**=0,0024·151(1286-372)/(120·0,240·3+1,19) = 3,78 м2·ч·Па/мг.

Определяем сопротивление слоев покрытия паропроницанию Ω по формуле (5.11), результаты сводим в табл. 3.9.

Таблица 3.9

Характеристика слоев и сопротивление покрытия паропроницанию

слоя

Материал слоя

Плотность γ0, кг/м3

Толщина δ, м

Расчетный коэффициент паропроницаемости μ, мг/(м·ч·Па) 

Расчетное сопротивление паропроницанию Ω, м2·ч·Па/мг 

1

Вагонка (внутр.обшивка)

500

0,008

0,06

0,133

2

Доска обрезная (обшивка)

500

0,04

0,06

0,667

3

Пароизоляция (п/э пленка 2 слоя)

930

0,0004

0,000022

18,18

4

Теплоизоляция + стропила

120 

0,240

-

0,8

5

Доска обрезная (обшивка)

500

0,02

0,06

0,333

6

Стальная кровля

7850

0,0006

-

7,3

Сумма

0,34

-

27,42

 

Сопротивление покрытия паропроницанию Ωо определяем по формуле (5.12) с учетом сопротивления влагообмену у внутренней и наружной поверхностей:

Ωо = 26,6·10-3+27,42+13,3·10-3= 27,46 м2·ч·Па/мг.

При сравнении полученного значения Ωо с нормируемыми значениями устанавливаем, что

Ωо > Ωreq*> Ωreq**  (27,46 > 17,83 > 3,78).

Следовательно, покрытие удовлетворяет требованиям СНиП 23-02-2003 в отношении сопротивления паропроницанию.

Расчет распределения парциального давления водяного пара по толщине покрытия и определение возможности образования в покрытии конденсата. Рассчитаем действительные парциальные давления ei водяного пара на границах слоев по формуле (5.14) и установим распределение точек росы по толщине ограждения (по координате x). Результаты расчета представлены в табл. 3.10.

Таблица 3.10

Результаты оценки возможности конденсации пара внутри покрытия

 Граница слоев

x, м

Ri, 2·°С)/Вт

i, °С

Ei, Па

Ωi, м2·ч·Па/мг

еi, Па

tрос, °С

int-1

0

0

19,3

2238

0

1286

10,7

1-2

0,008

0,044

19,0

2197

0,133

1281

10,6

2-3

0,048

0,267

17,7

2025

0,800

1255

10,2

3-4

0,048

0,267

17,7

2025

18,982

553

-8,9

4-5

0,288

4,600

-8,9

286

19,782

522

-10,6

5-6

0,308

4,711

-9,5

270

20,115

509

-11,5

6-ext

0,309

4,711

-9,5

270

27,415

227

-11,5

При сравнении величин максимального парциального давления Ei водяного пара и величин действительного парциального давления ei водяного пара на соответствующих границах слоев видим, что все величины еi ниже величин Еi, что указывает на отсутствие возможности конденсации водяного пара в ограждающей конструкции. Построим график изменения температуры и точки росы по координате x, т.е. по толщине стены (рис. 7). Из рис. 7 видно, что значения точек росы, лежат ниже значений температуры по всей толщине покрытия. Следовательно, при расчетной температуре и влажности наружного воздуха конденсация пара в покрытии исключена.

Вывод. При существующем основании под фальцевую кровлю в виде обрешетки из брусков 50×50 мм с шагом 250 мм возможна конденсация пара в утеплителе. В остальном покрытие удовлетворяет требованиям СНиП 23-02-2003. При использовании сплошного основания из обрезной доски толщиной 20 мм условия конденсации отсутствуют и также выполняются требования по теплозащите, теплоустойчивости, воздухо- и паропроницаемости.

4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненные теплотехнические расчеты показали, что существующие ограждающие конструкции не удовлетворяют требованиям СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» по сопротивлению теплопередаче. Кроме того, в толще покрытия возможна конденсация влаги. Принятые на основании теплотехнических расчетов конструктивные решения стен и покрытия позволяют исключить указанные недостатки.

В табл. 4.1 приведены значения нормируемых Rreq и фактических Ro  сопротивлений теплопередаче отдельных ограждений здания.

Таблица 4.1

Значения нормируемых и фактических сопротивлений теплопередаче ограждающих конструкций

№ п.п.

Вид ограждения

Сопротивление теплопередаче, Вт/(м2·°С)

Нормируемое Rreq

Фактическое Rodes

После дополнительного утепления

1

Стены

3,23

0,80

3,32

2

Покрытие

4,81

2,41

4,87

Выполненные расчеты позволяют сделать следующие выводы.

1. Стены здания имеют приведенное сопротивление теплопередаче значительно ниже нормативного значения, поэтому необходимо устройство внешней теплоизоляции с последующим оштукатуриванием здания дышащим составом штукатурного раствора общей толщиной 10 мм. При этом необходимо армировать штукатурный слой стеклосеткой. В качестве теплоизоляционного материала целесообразно (поскольку условия конденсации отсутствуют) использовать минераловатные плиты, как более дешевые по сравнению с пенопластом. Предполагается использовать утеплитель производства ЗАО «Минеральная вата» марки Фасад Баттс плотностью 145 кг/м3 толщиной 150 мм. После утепления стена имеет термическое сопротивление 3,32 Вт/(м2·°С), что удовлетворяет предъявляемым требованиям. Утепленная стена также удовлетворяет требованиям по теплоустойчивости, воздухо- и паропроницаемости. Условия для конденсации влаги в данной конструкции исключены, как в ее толще, так и на внутренней поверхности.

2. Существующее покрытие без дополнительного утепления не удовлетворяет требованиям по теплозащите помещения. Для утепления кровли следует к существующей теплоизоляции добавить слой толщиной 140 мм минераловатных плит РУФ БАТТС Н плотностью 120 кг/м3. Кроме того, требуется реконструкция основания под стальную фальцевую кровлю. В исходной конструкции оно представляет собой обрешетку из деревянных брусков, создающих замкнутую воздушную прослойку между теплоизоляцией и кровельным покрытием, толщиной 50 мм. Как показали расчеты, в такой конструкции возможна конденсация и накопление влаги в слое утеплителя. Необходимо обрешетку заменить сплошной обшивкой  из обрезных досок толщиной не менее 20 мм. При этом условия конденсации исключаются. При реконструкции предполагается снятие кровли и обрешетки, наращивание высоты сечения стропил до 240 мм с помощью досок устанавливаемых на ребро на верхнюю кромку стропильных ног. После укладки дополнительной теплоизоляции монтируют сплошное основание под кровлю и кровельное покрытие. Такая конструкция удовлетворяет требованиям по теплозащите, теплоустойчивости, воздухо- и паропроницаемости. Условия для конденсации влаги отсутствуют как в толще, так и на внутренней поверхности ограждения.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

1458. ЛЕЧЕБНАЯ ГИМНАСТИКА ПРИ ПОЯСНИЧНОМ ОСТЕОХОНДРОЗЕ ПОЗВОНОЧНИКА 281.32 KB
  Остеохондроз позвоночника встречается относительно часто и по количеству дней нетрудоспособности занимает среди всех болезней человека третье место после гриппа и травм.
1459. Використання ГІС при грошовій оцінці земель населених пунктів (досвід інституту Діпромісто) 282.67 KB
  За останній час грошова оцінка населених пунктів України перетворилась у вид робіт, в яких найбільш повно та ефективно використовуються ГІС-технології.
1460. Базисные средства манипулирования реляционными данными 296.22 KB
  Теоретико-множественные операции. Реляционное исчисление(далее–РИ) базируется на математической логике, точнее, на исчислении предикатов 1-го порядка. Реляционная алгебра, базовые механизмы манипулирования РД.
1461. Виды диаграмм летучесть-состав для расчета растворимости газов в жидкостях 319.14 KB
  Для расчёта диаграмм выбрано трёхпараметрическое кубическое уравнение состояния. Проанализированы области нестабильных состояний бинарной системы и выявлены новые качественные виды зависимостей летучестей компонентов от состава бинарной системы. Использование особенностей диаграмм летучесть состав позволяет находить начальные приближения для решения задач растворимости газов в жидкостях.
1462. Потребительские предпочтения в области нижнего белья, и как следствие, отношение к бренду 951.5 KB
  История создания нижнего белья. Тенденции развития рынка. Разработка технического задания и плана исследования. Маркетинговые исследования потребителей. Анализ социально – демографических факторов. Анализ ответов респондентов на вопросы анкеты.
1463. ПЕРЕДАЧА ПРАГМАТИЧЕСКОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ОБРАЗНЫХ ФРАЗЕОЛОГИЧЕСКИХ ЕДИНИЦ В ПУБЛИЦИСТИЧЕСКОМ ТЕКСТЕ 319.71 KB
  Определить место и роль контекста в выявлении наиболее полной реализации прагматического потенциала ФЕ. Сопоставить прагматическую составляющую образных фразеологических единиц в английском и русском языках.
1464. КАТЕГОРИЯ ИНТЕРДИСКУРСИВНОСТИ В НАУЧНО- ДИДАКТИЧЕСКОМ ТЕКСТЕ 320.83 KB
  Целью исследования является создание классификации маркеров интердискурсивности и их выявление в текстах лекций на немецком и русском языках.
1465. Конфликтология 321.32 KB
  Методические указания по изучению дисциплины. Содержание разделов дисциплины. Методические рекомендации студентам по организации изучения дисциплины. Прогнозирование и профилактика конфликтов. Трудовые конфликты и пути их разрешения.
1466. ДИАЛОГ АРГУМЕНТАТИВНОГО ТИПА: КОГНИТИВНЫЕ АСПЕКТЫ; СТРУКТУРА, СЕМАНТИКА, ПРАГМАТИКА (на материале русских и английских текстов интервью) 322.43 KB
  Цель данной диссертационной работы заключается в выявлении макроструктуры, создаваемой журналистами-участниками интервью и исследовании их аргументативных стратегий по методике, принятой в когнитивной лингвистике и прагмалингвистике.