link

Теплотехнический расчет нестандартных конструкций

Декабрь 2018 года

Исследование теплопередачи через элемент ограждающей конструкции в нестандартных случаях.

1. ТРЕБОВАНИЯ ЗАКОНА

Согласно требованиям 87-го Постановления Правительства РФ, в настоящее время для обеспечения эффективной защиты зданий и сооружений от тепловых потерь, прежде всего в зимний период времени, требуется выполнять раздел 10(1)  «Мероприятия по обеспечению соблюдения требований энергетической эффективности и требований оснащенности зданий,  строений и сооружений приборами учета используемых энергетических ресурсов».

Сам раздел состоит из двух подразделов:

1. «Мероприятия по обеспечению соблюдения требований энергетической эффективности и требований оснащенности зданий,  строений и сооружений приборами учета используемых энергетических ресурсов. Текстовая часть.» (ЭЭ).

2. «Мероприятия по обеспечению соблюдения требований энергетической эффективности и требований оснащенности зданий,  строений и сооружений приборами учета используемых энергетических ресурсов. Текстовая часть Тепловая защита здания. Расчеты» (ТЗЗ.РР - расчет энергетического паспорта здания).

2. НОРМАТИВНАЯ БАЗА

Раздел «Энергоэффективность» выполняется  в соответствии со следующими нормативными документами:

  • ГОСТ 30494-2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях»;
  • Постановление №87 от 16 февраля 2008 г. Правительства  РФ
  • СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий»;
  • СП 54.13330.2011 «Здания жилые многоквартирные»;
  • СП 60.13330.2016 «Отопление, вентиляция и кондиционирование»;
  • СП 131.13330.2012 «Строительная климатология»;
  • СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий» и ряд других документов.

Но как быть, если при проектировании использован не стандартный конструктивный узел ограждающих конструкций, и оценить его способность сопротивляться потере тепла по существующим СП невозможно?

В этом случае используется моделирование узла в специальном программном комплексе. К примеру – в Elcut.

3. ПРИМЕР РАСЧЕТА НЕСТАНДАРТНОГО УЗЛА

Для примера  рассмотрим бетонное ограждение (парапет) плоской кровли.

Конструктивный вид исследуемого участка наружной оболочки здания и кровли представлен на рис. 1. Исследование представленного участка необходимо для определения распределения тепловых потоков через конструкцию, с учётом имеющейся перфорации в железобетонной конструкции, заполненной утеплителем (пенополиуретан) и последующего определения удельной потери теплоты через точечную теплотехническую неоднородность, а также определения возможности выпадения конденсата на внутренних поверхностях исследуемого элемента.

Конструктивная схема элемента

Рис 1. Конструктивный вид исследуемого варианта элемента парапета плоской кровли.

Модель включается в себя участок кровли (тип К1 по проекту АР) толщиной 709мм и участок вертикальной железобетонной стены (160мм) с минераловатным утеплителем RockWool Фасад Баттс (150 мм) и слоем штукатурки (10мм) (см. рис. 1.2).

На углу стыка между ж/б плитами кровли и вертикальной стены выполнена перфорация прямоугольными отверстиями высотой 150мм с заполнением получаемых полостей утеплителем (пенополиуретан). Шаг перфорации постоянный и равен 300мм, а шаг ж/б элементов составляет 600мм (см. рис. ниже). Данная теплотехническая неоднородность по своему смыслу предназначена прежде всего для улучшения теплозащитных характеристик наружной оболочки здания в целом, и не является неизбежным негативным элементом, что обычно понимается под термином «теплотехническая неоднородность». Однако имеются опасения, что через данный угол возможна организация «мостика холода», для чего и проводится данный детальный тепловой расчёт.

схема

Рис. 2. Исследуемая модель участка смыкания кровли (тип К1 по проекту АР) и наружной стены.

Перфорация у узле

Рис. 3 Модель ж/б конструкции с перфорацией, заполненной утеплителем, обозначенный красным цветом

(скрыто отображение теплоизоляции, керамзитовой засыпки и слоёв стяжки и наружной штукатурки).

Таблица 1. Теплофизические свойства материалов исследуемого участка конструкции.

Материал
Коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м•°С)
Теплоёмкость, Дж/кг•°С
Плотность, кг/м3
Ж/б плита
2,04
1000
2500
Утеплитель минераловатный
0,042
840
190/110
Керамзитовая засыпка
0,19
840
600
Стяжка
0,93
840
1800
Штукатурка
0,81
840
1600
Пенополиуретан
0,041
880
80
Рубероид «Экопласт»
0,17
880
100

Результаты расчета распределения температур методом численного моделирования представлены на рис. 4 - 6. Потери теплоты через участок фрагмента с учётом неоднородности, вошедшие в расчетную область при расчете температурного поля составил Qy = 135 Вт. Потери теплоты через участок «однородного» фрагмента (т.е. без перфорации) составил бы Qy = 141,20 Вт. Таким образом, удельные потери теплоты через группу точечных теплотехнических неоднородностей в количестве 5 шт. составляют:

Формула 1

Знак «-» в данном случае указывает на улучшение теплоизоляционных свойство наружной оболочки здания при наличии перфорации. Данное значение включает в себя как элементы длиной 300 мм, так и один элемент 600 мм. Далее, принимается допущение, что в среднем все элементы вносят приблизительно одинаковый вклад в теплопотери в целом. Тогда удельные потери теплоты через одну точечную теплотехническую неоднородность данного вида составит:

Формула №2

Минимальная температура внутренней поверхности составляет 12,52°С, что выше значения точки росы (11,3°С при температуре внутреннего воздуха +22оС и отн. влажности 50%), а, следовательно, выпадение конденсата на внутренней поверхности невозможно.

4. ГАРФИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ ПОЛЕЙ

Графика 1

Графика 2

Рис. 4 и 5.  Распределение температур в продольных сечениях по центру отверстий. Шаг цветовой шкалы 2.5оС.

Графика 4

Графика 4

Рис. 6 и 7. Распределение температур в продольных сечениях по центру ж/б элементов. Шаг цветовой шкалы 2.5оС.

Графика итог

Рис. 8.  Распределение температур на внутренней поверхности ж/б конструкции. Шаг цветовой шкалы 0.5оС.

Расчет показал, что минимальная температура на внутренней поверности элемента, будет Tmin = +12,52оС, что не позволит появиться конденсату. О промерзании речи тоже не идет.

Материал подготовил инженер-теплофизик, Куфтырев Константин.

Комментарии





ПРАВИЛА КОММЕНТИРОВАНИЯ:

Просим в комментариях придерживаться темы обсуждения.

Все комментарии, не относящиеся к теме обсуждения, будут удаляться без предупреждения.
Ваш комментарий может быть первым!