Расчетная температура чердака как определить

Обновлено: 04.05.2024

7.9. Теплотехнический расчет теплого чердака выполняют из условия ограничения теплопотерь чердачного перекрытия и невыпадения конденсата на внутренней поверхности наружных ограждений при соблюдении теплового баланса неотапливаемого помещения.

Расчет рекомендуется начинать с определения температуры воздуха в чердаке по санитарно-гигиеническим условиям

где t_в - температура внутреннего воздуха, °С; Dt н - нормируемый перепад температуры у поверхности потолка, принимаемый равным 4 °С; R пер _о - сопротивление теплопередаче чердачного перекрытия, м 2 × °С/Вт; а_в - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения, Вт/м 2 × °С.

Определяют сопротивление теплопередачи покрытия по условию теплового баланса

где t_чер - температура воздуха в чердаке, °С; t_н - температура наружного воздуха, °С; t_вен - температура воздуха в вентиляционных каналах, °С; q_вен - удельные теплопоступления с воздухом вентиляции, Вт/м 2 × °С; А_ст - приведенная площадь наружных стен.

За температуру наружного воздуха принимают температуру холодной пятидневки. Температура воздуха в вентиляционных каналах считается на 1 °С выше температуры внутреннего воздуха. Удельные теплопоступления с воздухом вентиляции определяют как отношение произведения нормативного расхода воздуха на его плотность и теплоемкость к площади покрытия.

Температура внутренней поверхности покрытия

должна быть не ниже показанной на графике рис. 59.

Расчетная температура наружного воздуха, °0

Pис. 59. Расчетные температуры внутренней поверхности покрытия

t_пок - основного покрытия; t_хол - холодного участка

При соблюдении указанного условия в формулу (259) вводится температура чердака по условию невыпадения конденсата

Действительную температуру воздуха в чердаке определяют по формуле

7.10. Теплотехнический расчет открытого чердака выполняется из условия предотвращения выпадения конденсата на поверхность покрытия и соблюдения теплового, влажностного и воздушного, балансов. Воздухообмен чердака определяется притоком наружного воздуха по условию баланса влаги

где G_n, G_в - приведенный расход наружного и вентиляционного воздуха, кг/ч×м 2 покрытия; d_н, d_в - влагосодержание наружного и вентиляционного воздуха, г/кг.

Действительную температуру воздуха в чердаке определяют из условия теплового баланса

где с = 1,01 кДж/кг×°С - теплоемкость воздуха.

Температуру внутренней поверхности покрытия определяют по формуле

Принимая температуры t_пок за точку росы, находят расчетное (насыщающее) влагосодержание воздуха d_p. С учетом воздушного баланса рассчитывают действительное влагосодержание воздуха в чердаке

которое не может быть больше расчетного. В противном случае расчет продолжают до совпадения значений.

Площадь отверстии на 1 м наружных стен для вентиляции чердака рассчитывают по формуле

для которой скорость движения воздуха в отверстии находится из выражения

где у_н - плотность наружного воздуха, кг/м 3 ; V_н - скорость ветра, м/с; k_н, k_п - аэродинамические коэффициенты для наветренной и подветренной стороны; åx ¾ сумма коэффициентов местных сопротивлений воздушного потока; В - ширина здания, м.

Температура и влагосодержание наружного воздуха и скорость ветра принимают по средним многолетним значениям за январь. Влагосодержание вентиляционного воздуха определяют как сумму влагосодержания наружного воздуха и приращения влагосодержания в жилых помещениях, которое принимают при газификации домов 3,3 г/кг, для домов с электроплитами - 3 г/кг.

ПОСОБИЕ К МГСН 2.01-99 "ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В ЗДАНИЯХ"

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕПЛОЗАЩИТЫ ЖИЛЫХ
И ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ

1. РАЗРАБОТАНО НИИ Строительной Физики РААСН (Матросов Ю.А. - научный руководитель; Бутовский И.Н.); Мосгосэкспертизой (Ливчак В.И.); МНИИТЭП Грудзинский М.М.; Управлением развития Генплана КПР г. Москвы (Дмитриев А.Н.).

Приложение Д разработано ЦНИИЭПжилища (Дыховичная Н.А., Любимова М.С.), приложение Е - ИНСОЛАРИНВЕСТ (Иванов Г.С.)

2. ПОДГОТОВЛЕНО к утверждению и изданию Управлением перспективного проектирования и нормативов Москомархитектуры (Щипанов Ю.Б. и Ионин В.А.)

УТВЕРЖДЕНО Указанием Москомархитектуры от 01.02.2000 N 6

ВВЕДЕНИЕ

Настоящее Пособие разработано к МГСН 2.01-99 "Энергосбережение в зданиях. Нормативы по теплозащите и техпловодоэлектроснабжению". В нем содержатся методические материалы и примеры по теплотехническому расчету и проектированию теплозащиты жилых и общественных зданий.

Особое внимание в Пособии уделено вопросам, которые вызывают затруднение при практическом использовании МГСН 2.01-99, например, процедура установления уровня теплозащиты, расчеты: приведенного сопротивления теплопередаче неоднородных ограждающих конструкций с теплопроводными включениями сложной формы, ограждающих конструкций чердаков и подвалов.

В Пособии даны методика заполнения Энергетического паспорта здания, в частности, правила определения площадей и объемов зданий для проведения теплотехнических и энергетических расчетов, рекомендации по определению параметров энергетического паспорта, правила заполнения электронной версии Энергетического паспорта. Электронная версия Энергетического паспорта предназначена для быстрого определения энергетических характеристик здания на различных стадиях вариантного проектирования, экспертизы проекта и эксплуатации здания. Распространяется по заявкам заинтересованных организаций НИИСФ, адрес: 127238, Москва, Локомотивный пр., 21, тел./факс 482-37-10.

В приложениях даны примеры расчета приведенного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций с использованием различных вспомогательных коэффициентов, облегчающих проведение расчетов, примеры расчета теплых чердаков и "теплых" подвалов.

Настоящее пособие построено в виде комментариев, разъясняющих и развивающих содержание отдельных пунктов МГСН 2.01-99 "Энергосбережение в зданиях. Нормативы по теплозащите и тепловодоснабжению". Структурно каждый раздел построен следующим образом: курсивом приведен текст нуждающегося в пояснениях пункта МГСН 2.01-99 или ссылка на раздел и пункт МГСН 2.01-99, к которым обычным шрифтом даются соответствующие разъяснения или рекомендации.

1. Рекомендации по выбору уровня теплозащиты зданий

п.3.6.1. Проектирование ограждающей оболочки здания на основе требований по теплозащите здания в целом выполняют в нижеприведенной последовательности:

п. 3.6.1.а. Выбирают требуемые климатические параметры согласно подразделу 3.2;

п. 3.6.1.б. Выбирают параметры воздуха внутри здания и условия комфортности согласно подразделу 3.2 и назначению здания;

п. 3.6.1.в. Разрабатывают объемно-планировочное решение и рассчитывают его геометрические размеры.

При расчете площадей пола и ограждающих конструкций следует руководствоваться указаниями раздела 3 настоящего пособия. Поскольку величины площадей имеют существенное влияние на конечный результат, то работу по их определению следует выполнить особенно тщательно.

п. 3.6.1.г. Определяют согласно подразделу 3.3 требуемое значение удельного расхода тепловой энергии системы отопления здания в зависимости от типа здания и его этажности;

Требуемый удельный расход тепловой энергии системой отопления
здания , кВт·ч/м, за отопительный период

СВОД ПРАВИЛ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И СТРОИТЕЛЬСТВУ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ

THERMAL PERFORMANCE DESING OF BUILDINGS

Дата введения 2004-06-01

1 РАЗРАБОТАН Научно-исследовательским институтом строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук (НИИСФ РААСН), Мосгосэкспертизой, Центральным научно-исследовательским и проектно-экспериментальным институтом промышленных зданий и сооружений (ОАО "ЦНИИпромзданий"), Федеральным государственным унитарным предприятием - Центром методологии нормирования и стандартизации в строительстве (ФГУП ЦНС), Центральным научно-исследовательским и проектным институтом типового и экспериментального проектирования жилища (ЦНИИЭПжилища) и группой специалистов

ВНЕСЕН Управлением технического нормирования, стандартизации и сертификации в строительстве и ЖКХ Госстроя России

2 ОДОБРЕН и РЕКОМЕНДОВАН для применения в качестве нормативного документа Системы нормативных документов в строительстве письмом Госстроя России от 26.03.2004 г. N ЛБ-2013/9

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ с 1 июня 2004 г. совместным приказом ОАО "ЦНИИпромзданий" и ФГУП ЦНС N 01 от 23 апреля 2004 г.

ВНЕСЕНА опечатка, опубликованная в Информационном Бюллетене о нормативной, методической и типовой проектной документации N 11, 2009 год.

Опечатка внесена изготовителем базы данных

ВВЕДЕНИЕ

Свод правил по проектированию тепловой защиты зданий содержит методы проектирования, расчета теплотехнических характеристик ограждающих конструкций, рекомендации и справочные материалы, позволяющие реализовывать требования СНиП 23-02-2003 "Тепловая защита зданий".

Положения Свода правил позволяют проектировать здания с рациональным использованием энергии путем выявления суммарного энергетического эффекта от использования архитектурных, строительных и инженерных решений, направленных на экономию энергетических ресурсов.

В Своде правил приведены рекомендации по выбору уровня теплозащиты на основе теплового баланса здания, по расчету приведенного сопротивления теплопередаче неоднородных ограждающих конструкций, требования к конструктивным и архитектурным решениям зданий с точки зрения их теплозащиты. Установлены методы определения сопротивления воздухо-, паропроницанию, теплоустойчивости наружных ограждающих конструкций, теплоэнергетических параметров здания, предложены форма и методика заполнения электронной версии энергетического паспорта здания.

При разработке Свода правил использованы положения действующих нормативных документов, прогрессивные конструктивные решения наружных ограждений, наиболее эффективные технические решения теплозащиты зданий, примененные на различных объектах Российской Федерации, работы Общества по защите природных ресурсов, а также следующие зарубежные стандарты:

Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.

DIN EN 832 - Европейский стандарт. "Теплозащита зданий - расчеты энергопотребления на отопление - жилые здания";

Строительные нормы Великобритании 1995 - часть L. "Сбережение топлива и энергии";

SAP BRE - Стандарт Великобритании. "Государственная стандартная методика расчета энергопотребления в жилых зданиях";

SS02 42 30 - Шведский стандарт. "Конструкции из листовых материалов с теплопроводными включениями - Расчет сопротивления теплопередаче";

Rt 2000 - Франция. "Постановление о теплотехнических характеристиках новых зданий и новых частей зданий" от 29.11.2000;

EnEV 2002 - ФРГ. "Постановление об энергосберегающей тепловой защите и энергосберегающих отопительных установках зданий" от 16.11.2001.

Настоящий Свод правил разработали: канд. техн. наук Ю.А.Матросов, канд. техн. наук И.Н.Бутовский, инж. П.Ю.Матросов (НИИСФ РААСН), канд. техн. наук B.C.Беляев (ЦНИИЭПжилища), канд. техн. наук В.И.Ливчак (Мосгосэкспертиза), В.А.Глухарев (Госстрой России), Л.С.Васильева (ФГУП ЦНС).

В разработке отдельных разделов и приложений принимали также участие: канд. техн. наук А.Я.Шарипов (СантехНИИпроект) - раздел 7; д-р техн. наук Ю.А.Табунщиков (АВОК) - раздел 11 и приложение X; канд. техн. наук Г.К.Климова (НИИСФ РААСН) - приложения В и Г; канд. техн. наук И.Я.Киселев (НИИСФ РААСН), канд. техн. наук В.В.Фетисов (ОАО "Теплопроект"), канд. техн. наук О.М.Мартынов (Госстрой России) - приложение Е; канд. техн. наук В.А.Могутов (НИИСФ РААСН); В.А.Тарасов (Декенинк Н.В.) - подраздел 9.4 и приложение Л; Б.А.Семенов (Поволжский региональный УИЦ по проблемам строительства при Саратовском ГТУ) - приложение Ж.

1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящий Свод правил распространяется на проектирование тепловой защиты ограждающих конструкций вновь возводимых и реконструируемых зданий различного назначения (далее - зданий) с нормируемыми параметрами микроклимата помещений (температурой и влажностью).

2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

Перечень нормативных документов, на которые приведены ссылки, дан в приложении A.

3 ТЕРМИНЫ И ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Термины, применяемые в настоящем нормативном документе, и их определения приведены в приложении Б.

4 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

4.1 При теплотехническом проектировании тепловой защиты зданий в каждом конкретном случае последовательно решаются следующие задачи.

4.1.1 Определение параметров наружных климатических условий - согласно 5.1 настоящего Свода правил и в соответствии с СНиП 23-01, влажностного режима помещений зданий - согласно СНиП 23-02 для соответствующего пункта строительства, параметров внутренней среды - согласно 5.2 настоящего Свода правил.

4.1.2 Выбор класса энергетической эффективности зданий С, В или А согласно СНиП 23-02.

4.1.3 Определение уровня тепловой защиты - согласно разделу 6 настоящего Свода правил в соответствии с СНиП 23-02 для отдельных ограждающих конструкций по нормируемым значениям сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций для всех зданий либо по нормируемому удельному расходу тепловой энергии на отопление для гражданских (жилых и общественных) зданий. Эта задача решается при заполнении энергетического паспорта здания согласно разделу 18 настоящего Свода правил и в соответствии с СНиП 23-02.

4.1.4 Проектирование ограждающей конструкции. В ходе проектирования определяют расчетные характеристики строительных материалов и конструкций согласно 5.3 настоящего Свода правил, рассчитывают приведенное сопротивление теплопередаче как фасада здания, так и отдельных элементов ограждающих конструкций согласно разделу 9 настоящего Свода правил, сопоставляют результат с уровнем, определенным в 4.1.3, и вносят при необходимости изменения как в проект здания в целом, так и в проект ограждающей конструкции; проверяют ограждающую конструкцию на защиту от переувлажнения согласно разделу 13 настоящего Свода правил и в соответствии с СНиП 23-02.

4.1.5 Выбор светопрозрачных ограждающих конструкций по требуемому сопротивлению теплопередаче, определенному в 4.1.3, и воздухопроницаемости - согласно разделу 12 настоящего Свода правил и в соответствии с СНиП 23-02.

4.1.6 Расчет в необходимых случаях теплоустойчивости ограждающих конструкций в летнее время и теплоустойчивости помещений в холодный период года - согласно разделу 11 настоящего Свода правил и в соответствии с СНиП 23-02.

4.1.7 Проектирование конструкций полов по нормируемым значениям теплоусвоения - согласно разделу 14 настоящего Свода правил и в соответствии с СНиП 23-02.

Заканчивают проектирование тепловой защиты зданий составлением раздела проекта "Энергоэффективность" согласно разделу 16 настоящего Свода правил.

4.2 Процедуры выбора теплозащитных свойств ограждающих конструкций более детально представлены в разделе 6.

Для облегчения решения каждой из этих задач в последующих разделах настоящего документа разработаны соответствующие методики и примеры расчетов.

5 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ

5.1 НАРУЖНЫЕ КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

5.1.1 Расчетную температуру наружного воздуха , °C, следует принимать по средней температуре наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92 согласно СНиП 23-01 для соответствующего городского или сельского населенного пункта. При отсутствии данных для конкретного пункта расчетную температуру следует принимать для ближайшего пункта, который указан в СНиП 23-01.

5.1.2 Продолжительность отопительного периода , сут, и среднюю температуру наружного воздуха , °С, в течение отопительного периода следует принимать согласно СНиП 23-01 (таблица 1, графы 13 и 14 - для медицинских и детских учреждений, графы 11 и 12 - в остальных случаях) для соответствующего города или населенного пункта. При отсутствии данных для конкретного пункта расчетные параметры отопительного периода следует принимать для ближайшего пункта, который указан в СНиП 23-01. Величину градусо-суток в течение отопительного периода следует вычислять по формуле

, (1)

где - расчетная средняя температура внутреннего воздуха, °С, определяемая согласно указаниям 5.2.

5.1.3 Средний удельный вес наружного воздуха в течение отопительного периода , Н/м, следует рассчитывать по формуле

, (2)

где - то же, что и в 5.1.2, °С.

5.1.4 Среднюю плотность приточного воздуха за отопительный период , кг/м, следует рассчитывать по формуле

, (3)

где - то же, что и в 5.1.2, °С;

- то же, что и в 5.1.1, °С.

5.2 ПАРАМЕТРЫ ВНУТРЕННЕЙ СРЕДЫ

Параметры воздуха внутри жилых и общественных зданий из условия комфортности следует определять согласно таблице 1 - для холодного периода года, и таблице 2 - для теплого периода года. Параметры воздуха внутри зданий производственного назначения следует принимать согласно ГОСТ 12.1.005 и нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений.

Таблица 1 - Оптимальная температура и допустимая относительная влажность воздуха внутри здания для холодного времени года

Чердачное перекрытие должно возводиться очень крепким, с тем, чтобы удерживать проектную нагрузку и достаточно теплым, чтобы не стать источником холода для жилых помещений дома.

Перед возведением застройщик должен быть уверен, что конструкция в целом соответствует нормативным требованиям СНиП по величине пролета, поперечного сечения балок, шага их укладки, а также тепловым показателям по сопротивлению теплопередаче.

Эти параметры для чердачного перекрытия устанавливаются в процессе выполнения проекта на строительство дома.

Зачем это делать?

Чердак — это техническая или жилая зона, которая завершает строение дома. Чердачные перекрытия бывают нескольких типов балочные и безбалочные, на металлических балках или деревянных, сборно-монолитные и монолитные. Для того чтобы эта конструкция была прочной и не создавала область повышенных потерь тепла в доме ее предварительно рассчитывают на прочность и тепловое сопротивление.

Задача чердачного перекрытия распределить нагрузку от вышерасположенных стен, кровли, мебели и оборудования. Согласно СНиП, минимальная удельная эксплуатационная нагрузка для для техпомещений, установлены 150 кг/м 2 , а для жилых — 250 кг/м 2 .

Правильно выполненный расчет поможет выбрать размеры конструкции, чтобы она с запасом могла выдержать все расчетные нагрузки без повреждения основных несущих элементов дома.

Разница температур в жилой и технической зоне должна составлять не более 3°-4°. Для обеспечения этих условий утепляются не только стены и кровля, но и плита перекрытия, чтобы не допустить потерь тепла из жилых помещений.

Перед тем как оформить техническое задание на проектирование дома и чердачных перекрытий, заказчик должен четко понимать, как будет использоваться чердак, постоянно, как жилое помещение или временно, как техэтаж. От этого будет зависеть выбор его тепловой защиты, а также весовая нагрузка, которую используют для проверочных расчетов перекрытий.

Какие именно параметры нужны и почему?

Поскольку для проектирования чердачного перекрытия выполняют два вида расчетов: на сопротивление теплопередаче и прочность, потребуется рассчитать следующие показатели:

Несущую способность конструкции, данный показатель полностью зависит от стройматериала конструкции и вида перекрытия: балочное, безбалочное или монолитное.
Вертикальный предельный прогиб.
Максимальный момент Mmax и поперечную силу Qmax.
Размеры несущих балок или монолитной плиты.
Сопротивление теплопередаче каждого слоя и общее для многослойного перекрытия
Толщину теплоизоляции.
Паронепроницаемость.

Высчитываем нагрузки

Наиболее часто данные конструкции выполняют на деревянных или металлических балках. Самыми прочными считаются монолитные перекрытия, но они не везде могут устанавливаться, например, их нельзя размещать в деревянных и каркасных домах.

Есть ограничения и при использовании монолита в домах, возведенных из легкобетонных блоков. Для них потребуется дополнительное усиление стен в виде армированного железобетонного пояса.

Для того чтобы сравнить разные варианты конструкций чердачных перекрытий, можно принять за основу габариты дома 10х10 м, с жилым отапливаемым чердаком и несущей перегородкой, с пролетом — 5м.

По деревянным балкам

Расчет на прочность начинается со сбора нагрузок на перекрытие, которые бывают постоянные, связанные с весом самой конструкции и временные, вызванные пребыванием людей, единица измерения этого показателя — кг/м 2 .

Постоянная нагрузка рассчитывается по формуле:

Нормативная нагрузка Х К надежности = Расчетной нагрузке.

Первый показатель берется из справочника, так для многослойного перекрытия расчетная нагрузка будет состоять из суммы удельных нагрузок всех слоев конструкции:

Обрешетка: 20×1.3 = 26 кг/м 2 .
Пароизоляция: 5×1.3 = 6.5 кг/м 2 .
Дощатый пол по лагам с плотностью 550 кг/м3: 27.3×1.3 = 35,75 кг/м 2 .
Жесткие минераловатные плиты с плотностью = 370кг/м 3 : 29,6×1.2 = 35,52 кг/м 2 .
ДВП с плотностью 700кг/м 3 : 7×1.3 = 9,1 кг/м 2 .
Перегородки: 59×1.3 = 65 кг/м 2 .
Итого: 176 кг/м 2 .

Далее для расчета потребуется составить расчетную схему.

После этого по таблицам СНИП подбирает расчетные характеристики деревянных балок:

Rи = 13 МПа = 0.13т/см 2 .
E = 10000 МПа = 100000 кг/см 2 .
Вертикальный прогиб L/250.

После этого по формулам определяют наиболее возможный момент Mmax и поперечную силу Qmax.

По максимальному моменту находят момент сопротивления Wтр и необходимую высоту сечения hтр.

Мmax = qp•L2/8 = 176x5x5/8 = 55 кг•м = 5500 кг•см.
Qmax = qp•L/2 = 176×5/8 =110кг•м = 11000 кг•см.
Wтр = Мmax/Rи= 55/0.13= 423 см 3 .
hтр = √6Wтр/b=√ 6 x 423/150 x 0.1= 169 см.

Решающим показателем при подборе габаритов несущей балки является прочность, поэтому наилучший вариант будет сечением 150×200 мм.

Проверяют балочный прогиб:

Нагрузка нормативная qн = 176•0,8 = 140.8 кг/м.
f = (5•qн•L4)/(384•E•J) = (5•1.40•5004)/(384•100000•10000) = 1,13 см.

qн = 2,92 кг/cм;
момент инерции J = b•h3/12 = 15•20 x 20 x 20/12 = 10000 см 4 .

Определяют наибольший балочный прогиб:

fmax = L•1/250 = 500/250 = 2,0 см.

Сравнивают показатели:

Таким образом сечение 150×200 оптимально для данной конструкции.

По металлическим

Стальные балки рассчитывают согласно требованиям СНиП:

сталь для расчета принимается С-235;
расчётное сопротивление Rу=2100 кг/см 2 ;
E = 2100000 кг/см 2 ;
расчетная нагрузка – 400.0 кг/м 2 .

Аналогично, как и при расчете деревянных конструкций, вначале выполняется сбор нагрузок. Для двутавра они делятся на 2 вида: расчетные и нормативные. Первые применяют для проверки металлопрофиля на устойчивость и прочность. Вторые устанавливаются нормами и используются для проверки его на прогиб. Расчетные напряжения устанавливают умножением норматива на К надежности.

Чтобы балка соответствовала нужной прочности находят Wтр.

Выполняя расчет по формулам, получают:

Максимальный момент;
Mmax = 5Т;
Qmax = 2Т;
Wтр. = 212.59 см 3 .

Для выбора двутавра по прогибу устанавливают момент инерции Iтр = 4761,905 см 4 , после чего из таблиц металлопрофилей выбирают соответствующий типоразмер. В данном случае в наибольшей степени по условиям эксплуатации подходит двутавр No27, с характеристиками Wтр = 371>212 и Iтр = 5010>4761.

Цельной плиты

Вначале для монолитной плиты 10×10м, толщиной 200 мм и плотностью 2500 кг/м 3 выполняют сбор нагрузок:

Нормативная постоянная нагрузка плиты будет равна:220×2500 = 550 кг/м 2 .
Коэффициент надежности -1,2.
Расчетная постоянная нагрузка, 550×1.2 = 605 кг/м 2 .
Полезная нагрузка для жилого помещения — 150 кг/м 2 .
К надежности -1,3.
Расчетная временная нагрузка, 150×1.3 = 195 кг/м 2 .
ИТОГО: 800.0 кг/м 2

По формуле рассчитывают изгибающую нагрузку на плиту, допустимый прогиб и размеры арматурного каркаса. В результате расчета получаем все необходимые характеристики для строительства монолитной плиты чердачного перекрытия:

Периметр плиты — 40 м.
Площадь подошвы плиты — 100 м 2 .
Площадь боковой поверхности — 8.8 м 2 .
Объем бетона — 22 м 3 .
Вес бетона — 51700 кг.
Нагрузка на почву от фундамента — 0.052 кг/см 2 .
Минимальный диаметр стержней арматурной сетки — 14 мм.
Минимальный диаметр поперечных стержней арматуры (хомутов) — 6 мм.
Размер ячейки сетки — 20×20 cм.
Величина нахлеста арматуры — 66 см.
Общая длина продольной арматуры диаметром 14мм с учетом перевязки внахлест — 2111.6 м.
Общий вес продольной арматуры — 2550 кг.
Общая длина вертикальной арматуры диаметром 6мм — 426.6 м.
Общий вес вертикальной арматуры — 95 кг.
Кол-во досок для опалубки размером 15 x 600 см — 12 шт.

Как рассчитать?

Теплотехнический расчет чердачного перекрытия должен соответствовать российской нормативной базе по энергосбережению.

— «Тепловая защита зданий». — «Проектирование тепловой защиты зданий». — «Конструкции строительные ограждающие неоднородные. Расчет приведенного сопротивления теплопередаче». — Теплозащитные свойства ограждающих конструкций зданий.

В результате расчетов проверяется соответствие многослойного перекрытия санитарно-гигиеническим нормам.

Поиск потерь тепла

Для примера расчета чердачного перекрытия 10×10 м, расположенного в г. Москве из климатических справочников выбирают данные для проведения расчетов:

Расчётная Т внутреннего воздуха tв — +21 С;
Число дней отопительного периода Zот.пер — 214 сут;
Средняя Т наружного воздуха за отапливаемый период tот.пер — -3.1С.

По ним рассчитывают градусо/сутки отапливаемого периода ГСОП:

ГСОП = (tв — tот.пер) • Zот.пер = (21 — (-3.1)) • 214 = 5157.4 м 2 • С/Вт
Необходимое сопротивление теплопередаче: Rтр = a • ГСОП + b = 0.00035 • 5157.4 + 1.4 = 3.2051 м 2 •С/Втэ

По исходным данным определяют тепловое сопротивление многослойного перекрытия:

Процент влажность в чердачном помещении ϕ — 55%.
Коэффициент, расположения внешней поверхности к атмосферному воздуху n — 1.
К теплоотдачи перекрытия (int) — 8.7.
К теплоотдачи поверхности стен α (ext) — 12.
Нормативный перепад температур Δt (n) — 3С.
Термосопротивление перекрытия 1.88 м 2 •С/Вт.

Далее проверяется соответствие многослойного перекрытия нормам СЭС по тепловой защите. Для этого используют формулы СНиП.

Термосопротивление поверхности перекрытия:

Сопротивление теплопередачи многослойного перекрытия:

Минимально необходимое сопротивление теплопередачи:

Например, для многослойного чердачного перекрытия в составе:

Черновая доска — 30 мм.
Пароизоляционная мембрана — 0.1 мм.
Замкнутая воздушная прослойка — 20 мм.
Обрешетка сосна и ель вдоль волокон — 25 мм.
Минеральная (каменная) вата 120-170 кг/м 3 — 70 мм.
Влагозащитная мембрана — 0.1 мм.
Плиты древесно-стружечные, плотность 800 кг/м 3 — 10 мм.

На основании расчетных формул получают результаты сопротивления теплопередачи:

перекрытия [R], 2.08 м 2 • С/Вт;
согласно нормативам СЭС [Rс] — 1.72;
нормируемое [Rэ] — 3.16 м 2 • С/Вт.

Поскольку фактическое сопротивление теплопередачи превышает требования СЭС R>Rс то выбранная конструкция обеспечивает тепловую защиту здания, а подобранный пирог многослойного перекрытия, работает без образования в нем конденсата.

Особенности в подсчетах для теплых и холодных чердаков

Чердачные перекрытия для теплых и холодных помещений отличаются между собой по температурному напору. В первом случае он минимальный, а, следовательно, тепловые потери будут стремиться к нулю, а во втором случае – максимальный, что соответственно вызовет рост тепловых потерь.

Для того чтобы обеспечить в доме санитарные требования по температуре внутреннего воздуха, во втором случае потребуется увеличить слой теплозащиты.

Так для вышепредставленного примера теплого чердачного многослойного перекрытия, обеспечить требуемую температуру внутри помещений, можно если установить толщину минваты – 70 мм. В этом случае конструкция сможет обеспечить сопротивление теплопередачи 2,08 м 2 •С/Вт, что недостаточно будет для холодного чердачного перекрытия.

Согласно расчетам, минимальный слой минваты в холодном чердачном помещении должен быть 150 мм, тогда перекрытие сможет обеспечить сопротивление теплопередачи 3,94 м 2 •С/Вт, чтобы компенсировать повышенные потери тепловой энергии в нем.

Последствия ошибок в вычислениях

Ошибки в расчетах чердачных перекрытиях приводят к сверхнормативным прогибам балок, промерзанию конструкций у внешних стен, расслоению штукатурки, образованию трещины в местах сопряжения перекрытий со стенками, высокой звукопроводности и максимальным потерям тепла.

Самые опасные ошибки в чердачных перекрытиях, те, что вызывают сверхнормативный прогиб конструкции. В этом случае, из-за перегрузки конструкции она разрушается.

В монолитном перекрытии под воздействием таких нагрузок вначале начинает растрескиваться нижний слой бетона. В этот момент преднапряженные арматурные стержни переходят из стабильной стадии в нестабильную, когда они больше не могут обеспечивать прочность перекрытию.

Прогибы не должны превышать для пролетов свыше 7.5 м — 1/250. При превышающих фактических прогибах станут проявляться дефекты в стенах. В этом случае потребуется выполнить усиление перекрытий.

Заключение

Чердачное перекрытие — ответственная конструкция, которая завершает строительство дома. Оно может выполняться, как на деревянных или металлических балках, так и монолитным. Перед установкой данной конструкции требуется провести расчеты на прочность и теплостойкость и если они окажутся ниже нормативных требований, проводят дополнительное усиление и утепление перекрытий.

В подавляющем большинстве случаев жилые дома оборудованы системой естественной вентиляции. Известно, что основной недостаток этих систем – малая величина располагаемого давления. Поэтому, как правило, если вытяжной воздух выбрасывается через вентиляционные шахты, к которым сборными каналами подводится вытяжной воздух из квартир, то возникает масса проблем с вентиляцией верхних этажей: трудно согласовать имеющееся располагаемое давление, определяющееся незначительной высотой шахты (1 м над кровлей), с довольно большим аэродинамическим сопротивлением сборных каналов и шахты с зонтом. Как элемент системы естественной вытяжной вентиляции теплый чердак появился в 1970-х годах.

При разработке теплого чердака предполагалось, что он должен обеспечить решение следующих задач:

- резкое сокращение аэродинамического сопротивления общих участков на выходе воздуха из системы естественной вентиляции;

- поддержание достаточной температуры на потолке последнего жилого этажа;

- снижение теплопотерь через чердачное перекрытие;

- уменьшение числа выбросных шахт, пронизывающих кровлю и увеличивающих риск протечек через кровлю при дожде и таянии снега;

- снижение материалоемкости утепления перекрытий.

Теплый чердак устроен следующим образом: во-первых, чердак или полностью изолированная его часть занимает верхний этаж, как правило, над одной жилой секцией; во-вторых, в него выбрасывается весь вытяжной воздух из всех вытяжных систем этой секции; в-третьих, удаляется воздух в атмосферу через одну вытяжную шахту. Эта единственная шахта может быть значительно выше, чем несколько шахт над неотапливаемым чердаком, т. к. если прислонить ее к помещению машинного отделения лифта, можно добиться, чтобы общая высота шахты над уровнем пола теплого чердака была не менее 6 м против 3 м при обычном чердаке.

В СНиП [1] не разрешается делать шахту в теплом чердаке ниже, чем 4,5 м от уровня пола чердака. Сам чердак является как бы сборным каналом для воздуха из всех вертикальных «стволов» жилой секции, аэродинамическое сопротивление которого значительно ниже сопротивления обычных сборных каналов.

Теплый чердак отличается от неотапливаемых чердаков тем, что он должен быть герметичным и с утепленными наружными ограждениями, но так же как и в обычных вытяжных системах, утепленной должна быть и вытяжная шахта.

Утепление ограждений теплого чердака рассчитывается по следующей схеме:

1. Назначается необходимая температура теплого чердака (обычно в диапазоне 14—18 °С).

2. Конструкция наружных стен оставляется такой же, как в самом обслуживаемом здании.

3. Сопротивление теплопередаче чердачного перекрытия между жильем и чердаком принимается исходя из того, чтобы тепловой поток через него был равен потоку через бесчердачное покрытие при нормативном (по энергосбережению) сопротивлении теплопередаче.

4. Сопротивление теплопередаче покрытия над теплым чердаком определяется из теплового баланса при поддержании на чердаке заданной температуры. В балансе учитываются теплопритоки с поступающим вытяжным воздухом и за счет теплопередачи через чердачное перекрытие, а также теплопотери через наружные стены и покрытие. Если по чердаку прокладываются трубопроводы систем отопления (например, воздушная линия системы с нижней разводкой, обратная магистраль опрокинутой системы, подающая магистраль системы с верхней разводкой и т. д.), то теплопоступления от этого трубопровода с учетом его теплоизоляции также учитываются.

При этом необходима значительно меньшая суммарная толщина утеплителя чердачного перекрытия и покрытия над теплым чердаком, чем утепление обычного чердачного перекрытия под холодным чердаком.

Понятно, что во избежание опрокидывания вентиляции температура в теплом чердаке не может быть значительно ниже температуры помещений. Однако в МГСН 2.01-99 [2] в примечании к п. 3.3.3. требуется, чтобы температура теплых чердаков была не более 14 °С, что представляется недостаточным. Так как нужная температура теплого чердака поддерживается выбрасываемым в него вытяжным воздухом, устройство его оправдано в зданиях, где расход вытяжного воздуха на секцию значителен. Как правило, это здания не ниже 6 этажей. Высокая температура воздуха в теплом чердаке является залогом не только лучшей работы вентиляции, но и достаточно высокой температуры потолка на верхнем этаже. Кроме того, понижение температуры внутренних поверхностей наружных ограждений на чердаке ниже температуры точки росы для вытяжного воздуха вызовет выпадение конденсата на этих поверхностях, что может оказать губительное воздействие на сохранность ограждений и явиться причиной появления плесени, споры которой могут проникнуть в жилые помещения (например, через окна).

Таким образом, естественная вентиляция в зданиях с теплым чердаком при правильной эксплуатации, необходимом утеплении и достаточном расходе вытяжного воздуха по определению не должна работать хуже, чем естественная вентиляция в зданиях с холодным чердаком.

Несмотря на то что в Москве построены сотни домов с теплыми чердаками, где система естественной вентиляции приемлемо работает (в меру возможностей самой естественной вентиляции), от специалистов можно зачастую услышать резко отрицательные отзывы о теплых чердаках. Представляется, что это неприятие связано с ошибками при проектировании или эксплуатации. К сожалению, на практике встречаются здания с неутепленным теплым чердаком, с негерметизированными стыками стеновых панелей, с открывающимися окнами и даже балконами на чердаке. В этих случаях хорошей работы системы вентиляции, естественно, ожидать трудно.

В литературе не встречается оценок влияния изменения температуры теплого чердака и некоторых неправильных эксплуатационных режимов на работу системы вентиляции, поэтому целью данной статьи является анализ работы системы естественной вентиляции с теплым чердаком по данным компьютерных расчетов воздушного режима здания в течение отопительного периода. Расчет выполнялся по программе, разработанной на кафедре отопления и вентиляции МГСУ [3].

Для анализа работы системы вентиляции в течение отопительного периода выбран 17-этажный жилой дом серии П-44. План типового этажа представлен на рис. 1.

Рисунок 1. (подробнее)

Рисунок 2. (подробнее)

Жилой дом обслуживается системами естественной вентиляции с двухсторонним присоединением спутников к стволу и нерегулируемыми вытяжными решетками. Во всех квартирах, вне зависимости от величины, установлены одинаковые системы вентиляции, т. к. в рассматриваемом здании, даже в трехкомнатных квартирах, воздухообмен определяется не нормой притока (3 м 3 /ч на м 2 жилой площади), а нормой вытяжки из кухни, ванной комнаты и туалета (в сумме 110 м 3 /ч). Высота выбросной шахты над полом теплого чердака — 6 м.

Расчеты воздушного режима здания были выполнены для следующих температур наружного воздуха: 5 °С (расчетная для вентиляции); –3,1 °С (средняя отопительного периода в Москве); –28 °С (расчетная для отопления) при ветре со скоростью 0 м/с; 3,8 м/с (средняя за отопительный период); 4,9 м/с (расчетная для выбора плотности окон).

Температуру воздуха внутри теплого чердака в расчетный зимний период (при t_н = –28 °С) изменяли от 18 до 5 °С (вопросы конденсации водяных паров не рассматривались), в середине отопительного периода при температуре наружного воздуха –3,1 °С температуру на чердаке приравнивали 19 и 10 °С, а при расчетной температуре для вентиляции 5 °С соответственно 20 и 12 °С.

Результаты расчетов показали, что при температуре чердака, равной 20 °С, в расчетный период для вентиляции (t_н = 5 °С и безветренная погода) принятая система вентиляции с вентблоками и приточными клапанами на верхних этажах не обеспечивает нормативного воздухообмена 110 м 3 /ч (из-за зауженных сечений ствола вентиляционной сети и из-за установки приточных клапанов вместо открытых форточек, предусмотренных расчетом вентиляции [4]). На рис. 2 показано изменение расходов воздуха через вентиляционные решетки и приточные клапаны по высоте здания в различных погодных условиях при различной температуре воздуха в теплом чердаке. Эти результаты относятся к двухкомнатной квартире двухсторонней ориентации.

Рисунок 3.

Расходы воздуха через вытяжные решетки в здании с холодным чердаком при разных температурах наружного воздуха

1 – при отсутствии ветра, температуре наружного воздуха –28 °С

2 – при скорости ветра 4,9 м/с, температуре наружного воздуха –28 °С

3 – при скорости ветра 3,8 м/с, температуре наружного воздуха –3,1 °С

4 – при отсутствии ветра, температуре наружного воздуха –3,1 °С

5 – при скорости ветра 3,8 м/с, температуре наружного воздуха 5 °С

Из рис. 2 видно, что умеренное падение температуры воздуха в теплом чердаке (до указанных выше температур) практически никак не сказывается на воздухообмене квартир нижних этажей и немного (на 10—15 % при t_н = –28 °С и на 20—25 % при t_н = 5 °С) снижает воздухообмен верхних этажей. Понятно, что при незначительном располагаемом давлении для верхних этажей в расчетный для вентиляции период при безветренной погоде сокращение располагаемого давления еще и за счет понижения температуры на теплом чердаке нежелательно, но не фатально. При ветре воздухообмен квартир верхних этажей, расположенных на наветренном фасаде, и двухсторонних квартир увеличивается, понижение температуры теплого чердака сказывается значительно меньше даже для верхних этажей.

В здании без теплого чердака, с выбросными шахтами, возвышающимися над полом холодного чердака на 3 м, воздухообмены незначительно ниже, чем в здании с теплым чердаком, что видно из рис. 3.

Несанкционированное открывание дверей из лестничной клетки в теплый чердак при t_н = –28 °С мало сказывается на работе системы вентиляции, что следует из рис. 4. Дополнительное открывание дверей в квартиру верхнего этажа, в приквартирный холл, на лестницу, улицу также не приводит к значительным переменам. При расчетной для вентиляции t_н = 5 °С и безветрии влияние открывания дверей также мало. Однако при появлении ветра и открывании двери на чердак весьма вероятны случаи опрокидывания вентиляции на верхних пяти этажах.

Рисунок 4.

Расходы воздуха через вытяжные решетки при разных вариантах открытия дверей на чердак при температуре наружного воздуха 5 °С

1 – при отсутствии ветра, закрытых дверях на чердак

2 – при скорости ветра 3,8 м/с, закрытых дверях на чердак

3 – при отсутствии ветра и открытой двери на чердаке

4 – при отсутствии ветра, открытой двери на чердак, в квартире и в холле

Указанные результаты не отменяют общепризнанных для всех видов систем естественной вентиляции пожеланий грамотно проектировать саму систему вентиляции и иметь индивидуальные вентиляторы в индивидуальные каналы для последних этажей. При этом желательно иметь в виду, что при установке приточных клапанов сопротивление вентиляционного тракта увеличивается и число верхних этажей, где нужны вентиляторы, может возрасти до четырех.

Выводы

1. Система естественной вентиляции в жилых домах с теплым чердаком может работать без опрокидывания даже при снижении температуры воздуха на чердаке в расчетный зимний период (при t_н = –28 °С) до 5 °С и в расчетный период для вентиляции при температуре наружного воздуха 5 °С до 12 °С.

2. Открывание дверей на чердак мало сказывается на вентиляции квартир весь отопительный период при безветренной погоде. При наличии ветра опрокидывание вентиляции на верхних пяти этажах может наблюдаться при температурах наружного воздуха выше 0 °С.

Литература

1. СНиП 2.08.01-89*. Жилые здания. 1999.

2. МГСН 2.01-99. Энергосбережение в зданиях. Нормативы по теплозащите и тепловодоэлектроснабжению.

3. Бирюков С. В., Дианов С. Н. Расширение возможностей программы «AIR» для расчета воздушного режима здания // Современные системы теплогазоснабжения и вентиляции. Сб. тр. МГСУ. М.: МГСУ, 2003.

Читайте также: