Теплотехнический расчёт кровельной сэндвич-панели

1 Исходные данные

Расчёт выполняется в рамках проектирования объекта "Учебный проект".
Расчёт строительных выполнен в соответствии с:
- СП 50.13330.2012 "Проектирование тепловой защиты зданий";
Климатические условия:
- климатический район 1В;
- зона влажности сухая, по приложению В СП 50.13330.2012;
- средняя температура отопительного периода по СП 131.13330.2012 минус 6.9 градусов;
- продолжительность отопительного периода - 223 суток;
расчетная температура наружного воздуха наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 минус 35,00.
Температура внутри помещения, примыкающего к ограждающей конструкции + 20 градусов.

2 Конструктивные решения

Ограждающая конструкция кровли выполняется из кровельной Сэндвич-панели с минераловатным наполнителем плотностью 100 кг/м3, обшитого стальным листом t=0.7 мм.
Крепление сэндвич-панели к прогону кровли выполняется посредством самонарезающих винтов диаметром 5.5 мм с шагом 400 мм.

Рис. 2.1 Размеры сэндвич-панели

3 Расчёт конструкции в ПК ЛИРА САПР

3.1 Описание расчётной модели

В расчётах используется версия ЛИРА САПР 2021. Общий вид расчётной модели см. рисунок

Рис. 3.1 Мозаика назначенных жесткостей

Построение расчётной модели выполняется путём триангуляции контура, ограниченного наружной и внутренней поверхностями конструкции. Наполнитель ограждающей конструкции моделируется из пластинчатых КЭ1508, КЭ1509 теплопроводности.
Самонарезающие винты моделируются при помощи КЭ1505 теплопроводности. Площадь поперечного сечения самонарезающих винтов принимается на 1 м.п. конструкции: 3.14*d^2/4/S=3.14*0.55^2/4/0.4=0.594 см2/м.

Рис. 3.2 Мозаика типов конечных элементов

3.1.1 Жесткости

Таблица 3.1 Жесткостные характеристики

3.2 Граничные условия

Поверхности ограждающей конструкции, подверженные воздействию температуры воздуха в помещении и снаружи, моделируются из двухузловых КЭ1555 конвективного теплообмена.
Зона влажности - сухая.
Влажностный режим помещений в здании - нормальный.
Условия эксплуатации конструкции по табл.2 СП 50.13330.2012 - А.

3.3 Нагрузки и воздействия

Нагрузки и воздействия определены согласно СП 50.13330.2012: температура наружного воздуха обеспеченностью 0.92 минус 35 градусов.
Температура внутри помещения принята + 20 градусов.

Рис. 3.3 Мозаика нагрузок типа заданная температура

3.4 Результаты расчёта

Теплотехническим расчётом определена температура на внутренней поверхности ограждающей конструкции.
По формуле (5.4) СП 50.13330.2012 определяем расчётное сопротивление теплопередаче конструкции:
Ro=(tв-tн)/(dt*aв)=(20-(-35))/((20-18.67)*8.7)=4.75 (м2*C)/Вт;
Градусо-сутки отопительного периода:
ГСОП=(tв-tот)*Zот=(20-(-6.9))*223=5998.7 C*сут/год
Требуемое сопротивление теплопередаче по таблице 3 СП 50.13330.2012 составляет 4(м2*С)/Вт;

Определение температурного перепада на внутренней поверхности сэндвич-панели:

20-18.7=1.7 градусов - разница между температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции и температурой воздуха внутри помещения.
Температурный перепад 1.7 градуса не превышает максимально допустимого значения по табл.5 СП 50.13330.2012 - 4 градуса.

Рис. 3.4 Изополя температур в сечении сэндвич-панели

Рис.3.5 Температура внутренней поверхности в месте расположения кровельного самореза

Вывод по результатам расчёта - требуется увеличить толщину сэндвич-панели для обеспечения требуемого расчётного сопротивления и нормируемого температурного перепада между помещением и внутренней поверхностью ограждающей конструкции, или выполнить локальное утепление конструкции в месте прохождения теплопроводного включения (кровельного самореза).