Данный расчет предназначен для обеспечения основного требования - рационального использования энергетических ресурсов путем выбора соответствующего уровня теплозащиты здания с учетом эффективности систем теплоснабжения и обеспечения микроклимата, рассматривая здание и системы его обеспечения как единое целое.

Выбор теплозащитных свойств здания следует осуществлять по одному из двух альтернативных подходов:

потребительскому, когда теплозащитные свойства определяются по нормативному (требуемому) значению удельного энергопотребления здания в целом или отдельных замкнутых объемов;

предписывающему, когда нормативные требования предъявляются к отдельным элементам теплозащиты здания.

Для расчета применяем предписывающий подход (поэлементные требования к ограждающим конструкциям).

Для теплотехнического расчета определяем требуемые климатические параметры, объемно-планировочные параметры здания, теплотехнические и теплоэнергетические показатели здания.

Расчетные условия

1. Расчетная температура внутреннего воздуха tint = 20 єС.

2. Расчетная температура наружного воздуха text = - 3 єС.

(температура наиболее холодной пятидневки)

3. Продолжительность отопительного периода Zht = 72 cут.

4. Средняя температура наружного воздуха за отопительный период textav = 6,4 єС.

5. Градусосутки отопительного периода D_d = 979 єCcут.

Конструктивное решение - каркасное, с блочными наружными стенами.

Объемно-планировочные параметры здания

Определяем общую площадь A_e^sum наружных ограждающих конструкций здания (в том числе стен, окон, входных дверей, покрытия, перекрытия 1-го этажа (пола по грунту)):

общая площадь наружных стен (с учетом оконных и дверных проемов) определяются как произведение периметра наружных стен по внутренней поверхности на высоту здания, измеряемую от поверхности пола первого этажа до поверхности потолка последнего этажа;

суммарная площадь окон А_F определяется по размерам проемов в свету;

площадь непрозрачной части наружных стен A_w определяется как разность общей площади наружных стен и площади окон;

площадь горизонтальных наружных ограждений (покрытия Ac чердачного и цокольного перекрытия A_f) определяется как площадь этажа здания в пределах внутренней поверхности стен.

Общая площадь наружных стен, включая окна и двери, равна (периметр по внутреннему обмеру, умноженному на высоту):

А_w+F+ed = P_st * H_h = (40,4+58,64+112,4) х2,8+ (10,1+16,1+14,66) х2,56=696,63мІ,

Площадь наружных стен (за минусом площади окон и входных дверей):

A_w = 696,63-173,25-9,45=513,93 мІ,

где 173,25 мІ - площадь окон;

9,45 мІ - площадь входных двереи в здание.

Площадь покрытия и площадь пола равны:

A_c = A_г = 177,26 мІ,

Площадь наружных ограждающих конструкций:

A_e^sum = A_{w +F+ed} + A_c + A_r = 696,63+177,26+177,26=1051,15 мІ,

Отапливаемая площадь здания A_h. Отапливаемую площадь следует определять как площадь этажей, измеряемую в пределах внутренних поверхностей наружных стен, включая площадь занимаемую перегородками и внутренними стенами. Площадь лестничных клеток и лифтовых шахт, включается в площадь этажа. В отапливаемую площадь не включать площадь технических этажей, неотапливаемого подполья, а также чердака.

Площадь отапливаемых помещений (общая площадь) A_h:

A_h = 770,13 мІ;

Полезная площадь (общественного здания) A_l:

A_l = 705,13 мІ;

Отапливаемый объем V_h здания определяется как произведение площади этажа на внутреннюю высоту, измеряемую от пола первого этажа до поверхности потолка последнего этажа.

Для определения объема воздуха, заполняющего здание, отапливаемый объем умножается на коэффициент 0,85.

Отапливаемый объем здания:

V_h = A_st х H_h = 202,5х2,8+178,265х2,8+154,03х2,8+129,785х2,8+105,545х2,56 =2131 мі.

Коэффициент остекленности здания:

Р = A_F / А_w+F+ed = 173,25/696,63=0,249

где: A_F - площадь окон, А_w+F+ed - площадь стен, включающая площадь стен, площадь окон, балконов, входные двери в здание.

Показатель компактности здания:

K_e^des = A_e^sum / V_h = 1051,15/2131 = 0,49

где: A_e^sum - общая площадь наружных ограждающих конструкций, включающая площадь стен, площадь пола первого этажа, площадь совмещенного покрытия; V_h - отапливаемый объем здания.

Энергетические показатели

. Согласно СНиП II-3-79* приведенное сопротивление теплопередаче наружных ограждений R₀^r, мІ°С /Вт, должно приниматься не ниже требуемых значений R₀^req, которые устанавливаются по табл.1б СНиП II-3-79* в зависимости от градусосуток отопительного периода. Для D_d = 979°С cут требуемое сопротивление теплопередаче равно для:

стен R_w^req = 1,87 (мІ°С) /Вт,

окон и балконных дверей R_f ^req = 0,334 (мІ°С) /Вт,

входных дверей R_ed ^req = 1,2 (мІ°С) /Вт,

совмещенное покрытие R_c ^req = 2,67 (мІ°С) /Вт,

пол первого этажа R_f = 2,24 (мІ°С) /Вт.

Определимся конструкциями и рассчитаем толщины утеплителей наружных ограждений по принятым сопротивлениям теплопередачи. Схема конструкции стены приведена на рис.1.

Рисунок 1 - Схема наружной стены

Характеристики материалов:

1. Штукатурка - известково-песчаный раствор:

плотность г = 1600 кг/мі,

коэффициент теплопроводности

л = 0,7 Вт/ (м°С).

2. Пенобетоные блоки

плотность г = 900 кг/мі,

коэффициент теплопроводности

л= 0,7 Вт/ (м°С).

3. Утеплитель - пенополистирол:

плотность г = 40 кг/мі,

коэффициент теплопроводности л = 0,041 Вт/ (м С є).

По табл.1б СНиП II-379* для градусосуток D_d = 979°С cут. имеем R₀^треб = 1,87 (мІ°С) /Вт, откуда получаем:

R₀ = R_в + R₁ + R₂ + R₃ + R_н > R₀^треб;

1/8,7+0,02/0,70+0, 20/0,70+0,08/0,041+1/23=2,43,

Для обеспечения требуемого по градусосуткам сопротивления теплопередаче совмещенного покрытия R₀^треб =2,67 мІ°С /Вт определим толщину утеплителя в многослойной конструкции покрытия, термическое сопротивление пароизоляции и рулонного ковра отнесены в запас. Схема покрытия приведена на рис.2.

Рисунок 2 - Схема совмещенного покрытия.

Условия эксплуатации А

1. Железобетонная монолитная плита:

плотность г = 2500 кг/мі,

коэффициент теплопроводности

л= 1,92 Вт/ (м єС).

2.2 слоя изола:

плотность г=1400 кг/м3;

теплопроводность л=0,27 Вт / м°С.

3. Утеплитель - пенополистирол

плотность г = 40 кг/мі,

коэффициент теплопроводности

л = 0,041 Вт/ (м°С).

R0 = Rв + R₁ + R₂ + R₃ + Rн.

1/8,7+0,16/1,92+0,005/0,27+0,1/0,041+1/23=2,70

Для обеспечения требуемого по градусосуткам сопротивления теплопередаче R₀ ^треб = 2,24 (мІ°С) /Вт перекрытия над неотапливаемым техническим подпольем без световых проемов в стенах выше уровня земли, определимся конструкцией перекрытия и рассчитаем толщину утеплителя.

Условия эксплуатации А

1. Паркет - хвоя:

плотность г=500 кг/м3;

теплопроводность л=0,18 Вт / м°С.

2. Цементно-песчаный раствор:

плотность г = 1800 кг/мі,

коэффициент теплопроводности

л = 0,76 Вт/ (м єС).

3. Утеплитель - пенополистирол:

плотность г = 40 кг/мі,

коэффициент теплопроводности л= 0,041 Вт/ (м єС).

4. Железобетонная плита:

плотность г = 2500 кг/мі,

коэффициент теплопроводности л = 1,92 Вт/ (м єС).

R0 = Rв + R₁ + R₂+ R₃+ R₄ + Rн.

1/8,7+0,02/0,18+0,03/0,76+0,09/0,041+0,16/1,92+1/23=2,59

Приведенный трансмиссионный коэффициент теплопередачи здания:

K_m^tr = в (A_w/ R_w^r + A_F/ R_F^r + A_ed/ R_ed^r + nхA_c/ R_c^r + nхA_f/ R_f^r) / A_e^sum,

(Вт/ (мІ єС)).

где: в - коэффициент, учитывающий дополнительные теплопотери, связанные с поступлением холодного воздуха черз входы в здание:

для жилых зданий в =1,13;

для прочих зданий в =1,1.

A_w, A_F, A_ed, A_c, A_f - площадь соответственно стен, заполнений светопроемов (окон, фонарей), наружных дверей и ворот, покрытий (чердачных перекрытий), цокольных перекрытий;

R_w ^r, R_F ^r, R_ed ^r, R_c ^r, R_f ^r - приведенное сопротивление теплопередаче соответственно стен, заполнений светопроемов, наружных дверей и ворот, покрытий (чердачных перекрытий, цокольных перекрытий, (мІ єС) /Вт, полов по грунту, исходя из разделения их на зоны);

n - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху (табл.3* СНиП II-3-79*);

A_e^sum - общая площадь наружных ограждающих конструкций, включая покрытие (перекрытие) верхнего этажа и перекрытие пола нижнего отапливаемого помещения, мІ.

K_m^tr = [1,13х (453513.93/2.43+173.25/0.4+9.45/1.2+1х177,26/2,7+0,6х177,26/2,59)]

/1051,15=0,80 (Вт/ (мІ єС)).

Воздухопроницаемость наружных ограждений принимается по

табл.12* СНиП II-3-79*. Согласно этой таблице воздухопроницаемость стен, покрытия, перекрытия 1-го этажа Gmw = Gmc = Gmf = 0,5 кг/ (мІхч), окон в пластмассовых переплетах и балконных дверей GmF = 5 кг/ (мІхч).

Требуемая краткость воздухообмена жилого здания n_a, 1/ч, согласно СниП 2.08.01, устанавливается из расчета 3мі/ч удаляемого воздуха на 1мІ полезной площади; определяется по формуле:

n_a = 3*A_l/ (в_v*V_h), (1/ч).

где: A_l - полезная площадь, мІ;

в_v - коэффициент, учитывающий долю внутренних ограждающих конструкций в отапливаемом объеме здания, принимаемый равным 0,85;

V_h - отапливаемый объем здания, мі.

n_a = 3х705,13/ (0,85х2131) =1,16 (1/ч).

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

K_m^inf = 0,28*c*n_a*в_v*V_h* г_a ^ht *k/ A_e^sum, (Вт/ (мІ єС)).

где: с - удельная теплоемкость воздуха, равная 1 кДж/ (кг єС);

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

в_v - коэффициент снижения объема воздуха в здании, учитывающий наличие внутренних ограждающих конструкций, при отсутствии данных принять 0,85;

V_{h -} отапливаемый объем здания;

г_a ^ht =353/ (273+ t_ext^av) =353/ (273+6.4) =1,263

где: t_ext ^av - средняя температура наружного воздухаза отопительный период (таблица 3.1 СНКК 23-302-2000 или СНиП 2.01.01.82 - Строительная климатология и геофизика);

k - коэффициент учета влияния встречного теплового потока в конструкциях, равный 0,8 - для окон и балконных дверей с двумя раздельными переплетами;

A_e^{sum -} общая площадь наружных ограждающих конструкций.

K_m^inf = 0,28*1*1,16*0,85*2131*1,263*0,8/1051,15=0,566 (Вт/ (мІ єС)).

Общий коэффициент теплопередачи здания, Вт/ (мІ єС), определяемый по формуле:

K_m = K_m^tr + K_m^inf, (Вт/ (мІ єС)).

где: K_m^tr - приведенный трансмиссионный коэффициент теплопередачи;

K_m^{inf -} приведенный инфильтрационный коэффициент теплопередачи здания.

K_m = 0,80+0, 566=1,366 (Вт/ (мІ єС)).

Теплоэнергетические показатели

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

Q_h = 0.0864хK_mхD_dх A_e^sum, (МДж)

где: K_{m -} общий коэффициент теплопередачи;

D_d - количество градусосуток отопительного периода определяется по таблице 3.3 (СНКК 23-302-2000) или по формуле 1а СНиП II-3-79*;

A_e^sum - общая площадь наружных ограждающих конструкций.

Q_h = 0,0864х1,366х979х1051,15=121454 (МДж)

Удельные бытовые тепловыделения q^int, Вт/мІ, следует устанавливать исходя из расчетного удельного электро - и газопотребления здания, но не менее 10 Вт/мІ.

Принимаем 10 Вт/мІ.

Бытовые теплопоступления в здание за отопительный период, МДж:

Q^int = 0,0864хq^intхZ_htхA_L

где: q^int - величина бытовых тепловыделений на 1мІ полезной площади (площади жилых помещений), но не менее 10Вт/мІ;

Z^ht - средняя продолжительность отопительного периода, принимаемая по таблице 3.3 (СНКК 23-302-2000) или СНиП 2.01.01.82 - Строительная климатология и геофизика;

A_L - для общественных зданий - полезная площадь здания, мІ.

Q^int = 0,0864х10х72х705,13=43865 (МДж).

Теплопоступления в здание от солнечной радиации за отопительный период, МДж:

Q_s = ф_Fх k_F* (A_F1I₁ + A_F2I₂ +A_F3I₃ + A_F4I₄) + ф_scyхk_scyхA_scyхI_hor, (МДж).

где: ф_F, ф_{scy -} коэффициенты, учитывающие затенение светового проема, соответственно окон и зенитных фонарей непрозрачными элементами заполнения, принимаемые по проектным данным, а при их отсутствии по таблице 3.8 (СНКК 23-302-2000);

k_F, k_scy - коэффициенты относительного проникания солнечной радиации, соответственно для светопропускающих заполнителей окон и зенитных фонарей, принимаемые по паспортным данным, при отсутствии данных следует принимать по таблице 3.8 (СНКК 23-302-2000);

A_F1, A_F2, A_F3, A_F4 - площадь светопроемов фасадов здания, соответственно ориентированных по четырем направлениям, мІ;

A_scy - площадь светопроемов зенитных фонарей, мІ;

I₁, I₂, I₃, I₄ - средняя за отопительный период величина солнечной радиации на вертикальные поверхности, соответственно ориентированные по четырем фасадам здания, МДж/мІ, принимается по таблице 3.4 (СНКК 23-302-2000) или по СНиП 2.01.01.82.

Q_s = 0,75х0,8х (42,75х220+87,75х220+42,75х546) =31230,9 (МДж).

Потребность в тепловой энергии на отопление здания за отопительный период, МДж, определяют по формуле:

Q_h^y = [Q_{h - (}Q^int + Q_s) *Y] *в_h, (МДж).

где: Q_h - общие теплопотери здания через наружные ограждающие конструкции;

Q^int - бытовые теплопоступления в течение отопительного периода;

Q_s - теплопоступления через окна от солнечной радиации в течение отопительного периода;

Y - коэффициент, учитывающий способность ограждающих конструкций помещений зданий аккумулировать и отдавать тепло, рекомендуемое значение 0,8;

в_h - коэффициент, учитывающий дополнительное теплопотребление системы отопления (дополнительные потери через зарадиаторные участки ограждений, теплопотери трубопроводов, проходящих через неотапливаемые помещения). Для протяженных зданий в_h =1,13, для зданий башенного типа в_h =1,11.

Q_h^y = [121454- (43865+31230,9) *0,8] *1,11=68128,8 (МДж).

Удельный расход тепловой энергии на отопление здания q_h^des, кДж/ (мІ єС сут):

q_h^des = 1000* Q_h^y /A_h*D_d, кДж/ (мІ єС сут)

где: Q_h^y - потребность в тепловой энергии на отопление здания за отопительный период, МДж;

A_h - отапливаемая площадь здания, мІ;

D_d - количество градусосуток отопительного периода.

q_h^des = 1000*68128,8 / (770,13 *979) =90,36 кДж/ (мІ єС сут).

что меньше на 4,88% требуемого (95 кДж/ (мІ єС сут)).

Следовательно, запроектированное здание соответствует требованиям настоящих норм СНКК 23-302-2000.

4. Расчетно-конструктивная часть

4.1 Расчет фундаментов существующего здания и пристроенного лестнично-лифтового узла

4.1.1 Проверочный расчет фундамента существующего здания

Сбор нагрузок на фундамент приведен в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Сбор нагрузок на фундамент