Теплотехнический расчёт наружных ограждений

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

В-1 (группа № 1)

1. Район застройки - г.Бийск.

2. Зона влажности - нормальная.

3. Температура наружного воздуха наиболее холодной пятидневки (обеспеченностью 0,92) t= t = -38°С.

4. Средняя температура отопительного периода (со средней суточной температурой наружного воздуха ? 8°С) t= -7,8.°С

5. Средняя температура наружного воздуха самого холодного месяца t= -17,7°С.

6. Продолжительность отопительного периода Z=222сут.

7. Средняя месячная относительная влажность воздуха наиболее холодного месяца ц=81%

8. Расчётная скорость ветра для зимнего периода (максимальная из средних скоростей) по румбам за январь, повторяемость которых составляет 16% и более, v = 4,7м/с.

9. Характеристика здания:

- жилой дом в 5 этажей

-высота 1эт.=3м.

-высота 1+n эт. =2,7м.

10. Характеристика помещения:

-расчётная температура в помещении t=20°С.

-расчётная относительная влажность воздуха ц=50%.

2. ВВЕДЕНИЕ

наружная стена перекрытие световой проем

Во исполнение Закона РФ « Об энергосбережении» от 03.04.96г. № 28-ФЗ. Постановления Минстроя России от 11.08.95г. №18-81 «О принятии изменения №3 строительных норм и правил СНиП ІІ-3-79 « Строительная теплотехника» и последующего изменения № 4, существенно изменения требования к теплотехническим свойствам наружных ограждений. Во всех субъектах РФ разрабатываются и реализуются региональные и городские программы энергосбережения, программы жилищно-коммунальных реформ, предусматривающие проектирование зданий с сопротивлением теплопередач наружных ограждений по условиям энергосбережения, что особенно актуально для условий Сибири.

Целью настоящей контрольной работы является закрепление теоретических знаний и получение навыков теплотехнических расчётов наружных ограждений на конкретных примерах:

- расчёта требуемой толщины утепляющего слоя многослойной наружной стены, чердачного перекрытия, приведённого сопротивления и коэффициентов теплопередачи наружной стены, пола на лагах первого этажа и заполнение световых проёмов;

- расчёта воздухопроницаемости наружной стены и заполнения световых проёмов;

-расчёта температурного и влажностного режима наружной стены определением(при необходимости) сопротивления паропроницания дополнительной пароизоляции на внутренней поверхности стены.

3. РАСЧЁТ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ЧЕРЕЗ НАРУЖНЫЕ ОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ

3.1 Расчёт коэффициента теплопередачи через наружную стену

Теплофизические свойства материалов наружной стены

материал (плотность, кг/м)	коэффициент теплопроводности, л,Вт/(м*К)	Коэффициент паропроницаемости. м,мг/м*ч*Па	толщина слоя, д,м	Сопротивление воздухопроницанию, R,м*ч*Па/кг
Гипсовый обшивочный лист(800)	0,21	0,075	0,02	20
Кладка из глиняного кирпича(1600)	0,81	0,11	0,38	18
Плиты минераловатные жесткие(300)	0,076	0,45	х	2
Цементно-песчаный раствор(2200)	0,93	0,09	0,03	373

Толщина утепляющего слоя наружной стены х определяется из условия:

R?R

Для рассматриваемого примера расчёта наружной стены, состоящей из четырёх однородных слоев, выражение имеет вид:

Откуда

х(R-()).

Требуемое сопротивление теплопередаче наружной стены R,отвечающее санитарно-гигиеническим и комфортным условиям, определяется:

R=,

где n - коэффициент, зависящий от положения наружной поверхности ограждения относительно наружного воздуха( n=1);

Д t- нормируемый перепад температуры между внутренним и внутренней поверхностью ограждения;

t-зимняя температура наружного воздуха наиболее холодной пятидневки (обеспеченностью 0,92);

t- температура воздуха в помещении (ГОСТ12.1.005-88);

Нормируемый перепад температуры Д t=4°С,тогда

R===1,667(м*К)/Вт.

Определим значение R, отвечающее условиям энергосбережения:

RГСОП=( t- t)* Z,

где t, Z - средняя температура и продолжительность отопительного периода

ГСОП=(20-(-7,8))*222=6171°С*сут.

По условиям энергосбережения для ГСОП = 6000°С*сут. значение R=3,5(м*К)/Вт, а для ГСОП =8000°С*сут. значение R=4,2(м*К)/Вт.

Интерполируя по расчётному значению градусо-суток отопительного периода 6171°С*сут., получаем

R=3,5+=3,559(м*К)/Вт.

Находим толщину утепляющего слоя конструкции:

х=0,076(3,559-())=0,22м.

Расчётная толщина наружной стены составляет

д=0,02+0,38+0,22+0,03=0,65м.

Расчётное сопротивление теплопередаче наружной стены вычисляется с уточнённой толщиной утеплителя

R==3,65(м*К)/Вт.

Расчётный коэффициент теплопередачи наружной стены составит

K==0,273.

Результаты расчёта:

Толщина утепляющего слоя =0,22м.

Толщина наружной стены д=0,65м.

Коэффициент теплопередачи K=0,273.

3.2 Расчёт коэффициента теплопередачи через пол чердачного перекрытия

Теплофизические свойства материалов пола чердачного перекрытия

Материал (плотность, кг/м)	коэффициент теплопроводности, л,Вт/(м*К)	Коэффициент паропроницаемости. м,мг/м*ч*Па	толщина слоя, д,м	Сопротивление воздухопроницанию, R,м*ч*Па/кг
Цементно-песчаный раствор(1800)	0,93	0,052	0,02	373
Железобетонная пустотная плита(2500)	2,04	0,03	0,28	19620
Маты минераловатные прошивные на синтетическом связующем(50)	0,052	0,05	х	79

Размеры плиты:

=0,28м;

d= 0,17м;

L=0,23м.

Толщина утепляющего слоя определяется:

х(R-()),

где R - требуемое сопротивление теплопередачи ограждения;

R- термическое сопротивление железобетонной плиты;

- толщина цементно-песчаного раствора;

- теплопроводность цементно-песчаного раствора.

Требуемое сопротивление теплопередаче ограждения R,отвечающее санитарно-гигиеническим и комфортным условиям, определяется:

R===2,222(м*К)/Вт.

По условиям энергосбережения для ГСОП = 6000°С*сут. значение R=4,6(м*К)/Вт, а для ГСОП =8000°С*сут. значение R=5,5(м*К)/Вт.

Интерполируя по расчётному значению градусо-суток отопительного периода 6171°С*сут., получаем

R=4,6+=4,676(м*К)/Вт.

Выполним расчёт R:

Входящая в состав перекрытия многопустотная плита является неоднородной конструкцией. Для неё определяется приведенное термическое сопротивление R= R изложенным ниже способом.

Для упрощения расчёта заменяем круглое поперечное сечение пустот в плите равновеликим квадратным с площадью:

.

Сторона квадрата будет равна

=0,15м.

В соответствии с нормативным методом расчёта при R/ R<1,25

R=

Величина R вычисляется с использованием схемы. Между условными плоскостями, параллельными направлению теплового потока (снизу-вверх), получаем две конструкции: трёхслойную с однородными слоями между плоскостями І и ІІ, однослойную - между плоскостями ІІ и ІІІ. Площадь, которую воспринимает тепловой поток в трёхслойной конструкции, обозначим через F =а*1=0,15*1=0,15м. Площадь, которая воспринимает тепловой поток в однослойной конструкции, обозначим через

F=(l-а)*1=(0,23-0,15)*1=0,08 м

Термическое сопротивление трехслойной конструкции определяется:

;

Термическое сопротивление воздушной прослойки Rопределяем по таблице «термических сопротивлений замкнутых воздушных прослоек».

При д=а=0,15м, направлении теплового потока (снизу-вверх) и положительной температуре в прослойке R=0,19(м*К)/Вт.

Тогда, при , имеем

0,25(м*К)/Вт.

=0,137(м*К)/Вт.

Определяем R:

R=0,19(м*К)/Вт.

Величина вычисляется с использованием схемы. Плоскостями IV и V, перпендикулярно направлению теплового потока, условно разделяем конструкцию на однородные и неоднородные слои. Тогда искомое термическое сопротивление определится как сумма термических сопротивлений однородных слоёв R, Rи неоднородного слояR:

=++.

Термическое сопротивление однородных слоёв толщиной и вычисляется:

R= R===0,031(м*К)/Вт.

Для неоднородного слоя приведённое термическое сопротивление определяется:

R=0,122(м*К)/Вт.

где=0,19(м*К)/Вт,

==0,073(м*К)/Вт.

Вычисляем :

=0,031+0,122+0,031=0,184(м*К)/Вт.

Убеждаемся, что отношение =1,03<1,25. Поэтому используем формулу для расчёта приведенного термического сопротивления многопустотной железобетонной плиты пола чердачного перекрытия:

R= R==0,186(м*К)/Вт.

Определяем толщину утепляющего слоя

х(R-))==0,22м.

Определяем толщину ограждения:

=0,02+0,28+0,22=0,52м.

Вычисляем расчётное значение сопротивления теплопередаче ограждения:

R°==4.635(м*К)/Вт.

Вычисляем коэффициент теплопередачи:

0,21.

Результаты расчёта:

Толщина утепляющего слоя =0,22м.

Толщина ограждения д=0,52м.

Коэффициент теплопередачи K=0,21.

3.3 Расчёт коэффициента теплопередачи пола первого этажа(над подвалом)

Теплофизические свойства материалов пола первого этажа

Материал (плотность, кг/м)	коэффициент теплопроводности, л,Вт/(м*К)	Коэффициент паропроницаемости. м,мг/м*ч*Па	толщина слоя, д,м	Сопротивление воздухопроницанию, R,м*ч*Па/кг
Сосна поперёк волокон(500)	0,14	0,06	0,029	1,5
Маты минераловатные прошивные на синтетическом связующем(75)	0,052	0,05	х	2
Железобетон(2500)	2,04	0,03	0,16	19620

Требуемое сопротивление теплопередаче ограждения R,отвечающее санитарно-гигиеническим и комфортным условиям, определяется:

R===1,333(м*К)/Вт.

Требуемое сопротивление теплопередачи, отвечающее условию энергосбережения, определяется аналогично п.3.2

=4,6+=4,676(м*К)/Вт.

Толщина утепляющего слоя определяется:

х(R-()),

Для рассматриваемого примера:=0,029м; R= 0,165(м*К)/Вт;

=0,16м, =6. Тогда

=0,22м.

Определяем значение сопротивления и толщину конструкции пола:

R==5,149(м*К)/Вт.

.

Вычисляем коэффициент теплопередачи:

0,194.

Результаты расчёта:

Толщина утепляющего слоя =0,22м.

Толщина ограждения д=0,449м.

Коэффициент теплопередачи K=0,194.

3.4 Расчёт коэффициента теплопередачи через заполнение световых проёмов

Приведённое сопротивление теплопередачи R заполнения световых проёмов принимается по таблице в зависимости от значения ГСОП.

По условиям энергосбережения для ГСОП = 6000°С*сут. значение R=0,6(м*К)/Вт, а для ГСОП =8000°С*сут. значение R=0,7(м*К)/Вт.

Интерполируя по расчётному значению градусо-суток отопительного периода 6171°С*сут., получаем

R=0,6+=0,608(м*К)/Вт.

С учётом того, что R?R,принимаем для жилых помещений трёхслойное остекление в деревянных переплётах с мягким селективным покрытием среднего стекла.

Коэффициент теплопередачи через окна составит:

.

4. РАСЧЁТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ВОЗДУХОПРОНИЦАНИЮ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

4.1 Расчёт разности давлений на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций

Воздухопроницаемость материалов наружных ограждающих конструкций определяется их сопротивлением воздухопроницанию, которое должно быть не менее требуемого сопротивления , рассчитанного по формуле:

=,

где - разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций, Па;

- нормативная воздухопроницаемость ограждающих конструкций, ,принимаемая по таблице.

Разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций определяется по формуле :

=0,55Н(g-g)+0,03 g*,

где Н- расчётная высота здания (от поверхности земли до верха карниза),м:

Н=3+2,7*4=13,8м;

g, g- удельный вес соответственно наружного и внутреннего воздуха, Н/м, определяемый по формулам :

g= Н/м,

g= Н/м,

V- максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь, повторяемость которых составляет 16% и более.

=0,55*13,8(14,786-11,819)+0,03*14,786*(4,7)=31,9 Па.

4.2 Определение требуемого сопротивления воздухопроницанию

Для наружной стены:

=м*ч*Па/кг.

Для окон и балконных дверей определяется по формуле:

==0,361,

Где = 10Па - разность давления воздуха, при которой определяется сопротивление воздухопроницанию,

=6 .

Сопротивление воздухопроницанию окон и дверей жилых и общественных зданий, а также окон и фонарей производственных зданий должно быть не менее требуемого.

4.3 Расчёт сопротивления воздухопроницанию наружной стены

Сопротивление воздухопроницанию R,м*ч*Па/кг , наружной стены (как многослойной ограждающей конструкции) равно сумме сопротивлений воздухопроницанию каждого слоя:

R= R+ R+ R+ R.

Сопротивление воздухопронтцанию слоёв ограждающих конструкций(стен, покрытий), расположенных между воздушной прослойкой, вентилируемой наружным воздухом, и наружной поверхностью ограждающей конструкции, не учитывается.

R=20+18+2+373=413 м*ч*Па/кг

Сравнивая полученное R с требуемым(63,8 м*ч*Па/кг.), убеждаемся, что конструкция наружной стены удовлетворяет требованиям по воздухопроницаемости.

При наличии слоя штукатурки из цементно-песчаного или известкового растворов в первую очередь определяется сопротивление воздухопроницанию этого слоя. Если оно оказывается больше требуемого, то стена удовлетворяет требованиям по воздухопроницанию.

5. РАСЧЁТ ТЕМПЕРАТУРНО-ВЛАЖНОСТНОГО РЕЖИММА НАРУЖНОЙ СТЕНЫ

5.1 Определение общего сопротивления паропроницанию наружной стены

Сопротивление паропроницанию многослойной конструкции наружной стены складывается из сопротивлений влагообмену на её внутренней R и наружной R поверхностях, а также суммы сопротивлений паропроницанию каждого слоя i (i=1…N)

Сопротивление паропроницанию каждого слоя конструкции вычисляется по формуле:

,

где - толщина слоя, м;

- расчётный коэффициент паропроницаемости, м*ч*Па/мг.

Сопротивление влагообмену принимаются:

R=0,0267 м*ч*Па/кг;

R=0,0053 м*ч*Па/кг;

Сопротивления паропроницаемости отдельных слоёв :

R м*ч*Па/кг;

R м*ч*Па/кг;

R м*ч*Па/кг;

R м*ч*Па/кг.

Общее сопротивление паропроницаемости наружной стены:

R= 0,0267+0266+3,455+0,488+0,333+0,0053=4,5774 м*ч*Па/кг.

5.2 Расчёт плотности потока водяного пара через наружную стену

Искомая величина g определется по формуле :

g ,

где - расчётные упругости водяного пара в воздухе помещения и наружном воздухе, соответственно, Па.

Вечилины определяется из выражений:

Па;

Па;

где - упругость водяного пара при полном насыщении;

- относительная влажность воздуха.

g = мг/(м*ч).

5.3 Расчёт распределения температуры, кривых максимальной и фактической упругости водяного пара по толщине наружной стены

Температура t(х) на любой координате по толщине стены определяется по формуле:

t(х)= t;

где - расчётное сопротивление теплопередаче ограждения со стороны помещения до рассматриваемой координаты х.

==(м*К)/Вт;

==(м*К)/Вт;

==(м*К)/Вт;

==(м*К)/Вт;

==(м*К)/Вт;

==(м*К)/Вт.

Найдём t(х):

t(0)=°С;

t(0,02)= °С;

t(0,19)= °С;

t(0,4)= °С;

t0,62) =°С;

t(0,65)= °С.

Значения функции Е(х) выбираются по температурам t(х), а значения функции е(х) вычисляются по формуле:

е(х)=,

е(0)=;

е(0,02)= ;

е(0,19)= ;

е(0,4)= ;

е(0,62)= ;

е(0,65)= .

Для анализа возможной конденсации водяного пара по толщине наружной стены вычисляется и разность е(х)-Е(х).

Расчётные значения

Х,м	0	0,02	0,19	0,4	0,62	0,65
	0,115	0,21	0,679	3,526	3,605	3,648
t(х)	17,39	15,25	4,65	-59,73	-61,52	-62,5
Е(х)	1988	1761	904	74	67	65
R(х)	0,027	0,249	0,916	1,12	1,283	2,113
е(х)	1162	1111	955	908	870	677
е(х)-Е(х)	-826	-650	51	834	796	615

5.4 Анализ кривых упругости водяного пара

При рассмотрения взаимного расположения кривых функций е(х) и Е(х) возможны два случая:

1. Кривые не пересекаются, а это означает, что при средней температуре самого холодного месяца конденсации водяного паров в толще ограждения не будет и расчёт заканчивается;

2. Кривые пересекаются, а это означает, что в ограждении возможна конденсация водяного пара.

Во втором случае необходимо определить плоскость возможной конденсации водяного пара. Для точных расчётов эта плоскость совпадает с координатой пересечения кривых е(х) и Е(х). Плоскость возможной конденсации в однородной(однослойной) ограждающей конструкции располагается на расстоянии, равном 2/3 толщины конструкции от её внутренней поверхности, а в многослойной конструкции совпадает с наружной поверхностью утеплителя.

Затем определяется сопротивление паропроницанию в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации. Это сопротивление должно быть не менее наибольшего из следующих требуемых сопротивлений паропроницанию:

а) требуемого сопротивления паропроницанию , определённого из условия недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период эксплуатации.

б) требуемого сопротивления паропроницанию , определённого из условия ограничения влаги в ограждающей конструкции за период с отрицательными средне месячными температурами наружного воздуха.

Если условия ? или ? не выполняются, то, возможно, следует предусмотреть дополнительную пароизоляцию на внутренней поверхности ограждения.

Определяется координата критического сечения х, в котором разность е(х)-Е(х) будет наибольшей.

Необходимое сопротивление паропроницанию дополнительной пароизоляции на внутренней поверхности стены вычисляется по формуле:

= R** R(х),

= м*ч*Па/кг.

Список литературы:

1. СНиП 23-01-99. Строительная климатология. Приняты и введены в действие с 1 января 2000г. Постановлением Госстроя России от 11.06.99 №45

2. СНиП II-3-79. Строительная теплотехника - М.:Минстрой России, 1998.

3. Богословский В.Н. Строительная теплофизика.- М.: Высшая школа,1982.

4. Ильинский В.М. Строительная теплофизика .- М.: Высшая школа,1974.

Размещено на Allbest.ru