Теплотехнический расчет наружных ограждений и расчет теплового режима здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Исходные данные

2. Определение требуемого сопротивления теплопередаче

2.1 Расчет наружной стены

2.2 Расчет толщины утеплителя

2.3 Расчет чердачного перекрытия

2.4 Расчет пола нижнего этажа

2.5 Расчет заполнений световых проемов

3. Расчет температурного поля в многослойной ограждающей конструкции

4. Расчет влажностного режима работы ограждающих конструкций зданий

4.1 Определение общего сопротивления паропроницанию

4.2 Определение кривой максимальной упругости водяного пара

4.3 Определение кривой фактической упругости водяного пара

4.4 Расчет влажностного режима наружной стены

5. Определение сопротивления воздухопроницанию ограждающих конструкций

5.1 Определение разности давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций

5.2 Определение требуемого сопротивления воздухопроницанию

5.3 Определение фактического сопротивления воздухопроницанию

6. Расчет теплового режима помещения

6.1 Расчет теплопотерь помещения

6.2 Теплоустойчивость ограждающих конструкций и помещений здания

7. Библиографический список

1. Исходные данные

Район постройки здания: г.Калуга, зона влажности - нормальная;

Условие эксплуатации ограждающих конструкций -Б;

Температура наружного воздуха наиболее холодных суток: -31 оС;

Температура наружного воздуха наиболее холодной пятидневки: tН= -27оС;

Температура воздуха внутри помещения: tВ=20 оС;

Продолжительность отопительного периода: 210 суток;

Средняя температура: t= -2,9 оС;

Средняя месячная относительная влажность воздуха наиболее холодного месяца: 83%;

Средняя скорость ветра на период со среднесуточной температурой воздуха ?8 оС:

V=3,9м/с;

Максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь: 4,9 м/с.

Конструкция пола нижнего этажа

1 - сосновые доски поперек волокон, 29 мм, с=500кг/м3

2 - воздушная прослойка (лаги из досок толщиной 40мм, шириной 80мм)

3 - маты минераловатные прошивные на синтетическом связующем, с= 75кг/м3, дут-?

4 - панель перекрытия железобетонная, 160 мм, с= 2500кг/м3

Конструкция пола чердачного перекрытия

1 - Цементно-песчаный раствор, 20 мм, с=1800 кг/м3

2 - Железобетонная пустотная плита, 280 мм, с=2500кг/м3

3 - Маты минераловатные прошивные на синтетическом связующем, с=50 кг/м3 , дут-?

Конструкция стены

наименование материала	плотность, с, кг/м3	удельная теплоемкость, с, кДж/кг. оС	коэффици- ент тепло проводно- сти о Вт/(м С)		расчетные коэффициенты
				Расчетное массовое отношение влаги в материале w,%	теплоп ровод ности, л, Вт/м.оС	теплоус воения, s, Вт/м2.оС	паропро ница емости, м, м2чПа/мг
Известково-песчаный раствор	1600	0,84	0,47	4	0,81	9,76	0,12
Кладка из глиняного кирпича	1800	0,88	0,56	2	0,81	10,12	0,11
Сосновые доски	500	2,30	0,09	20	0,18	4,54	0,06
маты минераловатные прошивные на синтетическом связующем	50	0,84	0,048	5	0,06	0,48	0,53
Панель перекрытия железобетонная	2500	0,84	1,69	3	2,04	18,95	0,03
Цементно-песчаный раствор	1800	0,84	0,58	4	0,93	11,09	0,09
Маты минераловатные прошивные на синтетическом связующем	75	0,84	0,052	5	0,064	0,61	0,49

Характеристика ограждающих конструкций

2. Определение требуемого сопротивления теплопередаче

2.1 Расчет наружной стены

1. Определение требуемого сопротивления теплопередаче

RО ТР = n(TВ-TН)/ бВ.?ТН, где

n - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху (для стен равен 1);

TН - расчетная температура наружного воздуха, равная средней температуре наружного воздуха наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0,92;

?ТН - нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности наружной стены, 4 оС;

TВ - расчетная температура внутри помещения, равная +20 оС;

бВ - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, равный 8,7 Вт/м. оС

RО ТР = 1(20-(-27))/8,7.4 = 1,35 (м2.оС/Вт)

Градусо - сутки отопительного периода (ГСОП) определяется по формуле:

ГСОП = (TВ- TНСР). nОТ, где

TНСР - средняя температура отопительного периода;

nОТ - отопительный период

ГСОП = (20-(-2,9))210 =4809,

по таблице определяем RО ТР(ГСОП) = 3,22 (м2.оС/Вт)

Для расчетов выбираем наибольшее значение.

2.2 Расчет толщины утеплителя

Определяем термическое сопротивление каждого слоя многослойной конструкции.

Ri = дi/лi (м2.оС/Вт), где

дi - толщина слоя, м

лi - коэффициент теплопроводности, Вт/м.оС;

RО = 1/ бВ+ R1+R2 +1/бН, где

RО - сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции;

бН - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения, 23 Вт/м. оС

Требуемое термическое сопротивление должно быть не больше действительного

RО RО ТР

Требуемая толщина слоя утеплителя определяется по формуле:

дУТ = лУТ.( RО ТР-(1/ бВ+ ? дi/лi+1/бН))

дУТ = 0,81 (3,22-(1/8,7+0,03/0,81+1/23)) = 2,5 (м)

Условие выполняется RО RО ТР

2.3. Расчет чердачного перекрытия

RО ТР = n(TВ-TН)/ бВ.?ТН = 0,8(20-(-27))/8,7.3 = 1,44 (м2.оС/Вт), где

n - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху (для чердака равен 0,8);

?ТН - нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, 3 оС

ГСОП = (TВ- TНСР). nОТ =4809

по таблице определяем RО ТР(ГСОП) = 4,24 (м2.оС/Вт)

Для расчетов выбираем наибольшее значение.

Толщину теплоизоляционного слоя чердачного перекрытия рассчитываем по формуле:

дУТ = лУТ.( RО ТР-(1/ бВ+ ? дi/лi+1/бН))

дУТ = 0,06(4,24-(1/8,7+0,02 /0,93+0,32/2,04+1/12)) = 0,23 м (м)

Условие выполняется

RО RО ТР

2.4 Расчет пола нижнего этажа

RО ТР = n(TВ-TН)/ бВ.?ТН = 0,6(20-(-27))/8,7.2 = 2,74 (м2.оС/Вт), где

n - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху (для пола нижнего этажа равен 0,6);

?ТН - нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности наружной стены, 2 оС

ГСОП = (TВ- TНСР). nОТ = 4809

по таблице определяем RО ТР(ГСОП) = 4,24 (м2.оС/Вт)

Для расчетов выбираем наибольшее значение.

дУТ = лУТ.( RО ТР-(1/ бВ+ ? дi/лi+1/бН+))

дУТ = 0,064(4,24-(1/8,7+0,029/0,18+0,165+0,16/2,04+1/17)) = 0,25 (м)

Условие выполняется

RО RО ТР

2.5Теплотехнический расчет заполнений световых проемов

ГСОП=4809

Берем двухкамерный стеклопакет из стекла обычный с межстекольным расстоянием 12 мм.

3. Расчет температурного поля в многослойной ограждающей конструкции

Выбираем характерные сечения в толще ограждения, для которых следует рассчитать температуру, чтобы получить непрерывную кривую распределения температуры.

Так как расчетным является стационарный температурный режим стены, в пределах каждого однородного слоя ограждения будет линейный характер изменения температуры. Следовательно, в качестве характерных сечений выбираем границы слоев из разных материалов.

RОБ = 1/ бВ+ R1 +Rут+1/бН

Значения температуры в сечениях х i по толщине ограждения находим по формуле:

теплопередача конструкция утеплитель перекрытие

ТХ = ТВ-(ТВ-ТН)RВ-Х/RОБ

Результаты расчета распределения температуры в толще наружной стены сводим в таблицу

х, м	0	0,03	2,53
RВ-Х, м2.К/Вт	0,115	0,152	3,238
ТХ, оС	18,4	17,8	-26,4

4. Расчет влажностного режима работы ограждающих конструкций зданий

4.1 Определение общего сопротивления паропроницанию

Сопротивление паропроницаемости каждого отдельного слоя стены

Rni = дi/ м i, где

дi - толщина слоя, м;

м i - расчетный коэффициент паропроницаемости, м2.ч.Па/мг

Назначаем значения сопротивлений влагообмену на внутренней RПВ и наружной RПН поверхностях стены.

RПВ = 0,0267 м2.ч.Па/мг

RПН = 0,0063 м2.ч.Па/мг

Общее сопротивление паропроницанию конструкции наружной стены

RОП = RПВ+?Rni+RПН

RОП = 0,0267+0,03/0,12+2,5/0,11+0,0063 = 23,013 (м2.ч.Па/мг)

4.2 Определение кривой максимальной упругости водяного пара

Находим значения парциального давления водяного пара в воздухе при полном насыщении ЕХ для каждого из выбранных сечений х и соответствующей температуры ТХ из прил. 3.

4.3 Определение кривой фактической упругости водяного пара

Вычисляем значения сопротивления паропроницанию RПВ-Х от воздуха помещения для каждого из сечений х.

Рассчитываем фактическую упругость водяного пара для каждого сечения х по формуле:

Определяем парциальное давление водяного пара в воздухе помещения ЕВ и в наружном воздухе ЕН при полном насыщении. Эти величины находим из таблицы 1и 2 прил. 3 при расчетных температурах внутреннего и наружного воздуха.

ЕВ = 2338 Па ( при ТВ = 20 оС)

ЕН = 51 Па (при ТН = -27 оС)

Рассчитываем парциальные давления водяного пара в воздухе помещения и в наружном воздухе при расчетных значениях относительной влажности ц по формуле:

е = Е.ц/100

= 2338.50/100 = 1169 ( при цВ = 50%)

= 51/100 = 35,19 (при цН = 69%)

4.4 Расчет влажностного режима наружной стены

Вычисляем значения относительной влажности цХ помещения для каждого из сечений х.

= 100./ ЕХ

Результаты расчетов распределения е, Е, ц в толще наружной стены сводим в таблицу

х, м	0	0,03	2,53
RПВ-Х, м2.К/Вт	0,277	23,007	23,013
еХ	1169	1161,51	35,19
ЕХ	2115
цХ	55,27	57,02	65,78

5. Определение сопротивления воздухопроницанию ограждающих конструкций

Воздухопроницаемость строительных материалов, конструкций и заполнений световых проемов определяется их сопротивлением воздухопроницанию, которое должно быть не менее требуемого сопротивления RИТР.

5.1 Определение разности давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций

Искомая разность давлений:

?Р = 0,55Н(гН- гВ)+0,03гН. V2, где

Н - высота здания, Н = 24,6 (м);

гН, гВ - удельный вес соответственно наружного и внутреннего воздуха, Н/м3

г = 9,81.353/(273+Т)

= 9,81.353/(273+(-27) = 14,08 (Н/м3)

= 9,81.353/(273+20) = 11,82 (Н/м3)

?Р = 0,55.24,6(14,08-11,82)+0,03.14,08.3,92 = 37 (Па)

5.2 Определение требуемого сопротивления воздухопроницанию

RИТР = ?Р/ GН - для наружных стен

RИТР = (1/GН)( ?Р/10)2/3 - для окон, где

GН - нормативная воздухопроницаемость ограждающих конструкций, кг/(м2.ч)

GН = 0,5 кг/(м2.ч) - для наружных стен

GН = 5 кг/(м2.ч) - для окон

Для наружных стен: RИТР = 37/0,5 = 74 (м2.ч.Па/кг)

Для окон: RИТР = (1/5)(37/10)2/3 = 2,39 (м2.ч.Па/кг)

5.3 Определение фактического сопротивления воздухопроницанию

RИ = RИ1+RИ2+RИ3+...+ RИn, где

RИ1, RИ2, RИ3, . , RИn - сопротивление воздухопроницанию отдельных слоев ограждающей конструкции, принимаемые по таблице.

RИ =1800+60= 1860 (м2.ч.Па/кг)

Таким образом, принятая конструкция стеновой панели удовлетворяет требованиям по воздухопроницаемости, ее фактическое значение по воздухопроницанию

RИ = 1860 (м2.ч.Па/кг) выше требуемой величины RИТР = 74 (м2.ч.Па/кг) .

6. Расчет теплового режима помещения

6.1 Расчет теплопотерь помещения

Теплопотери помещения 1-го этажа жилого здания определим с помощью планировочного решения:

Основные теплопотери помещения через наружные ограждения при температуре наиболее холодной пятидневки:

QОСН = ?1/Ri(TВ-TН)Fi. ni, где

Ri - термическое сопротивление теплопередаче i-го ограждения, м2.оС/Вт;

Fi - площадь i-го ограждения, м2

FСТ = 5.3-1,6.1,8 = 12,12 (м2)

FСТ = 3.3 = 9 (м2)

FОК = 1,6.1,8 = 2,88 (м2)

FП = (5-1,25).(3-1,25) = 6,56 (м2)

Используя значения термических сопротивлений соответствующих конструкций, определенных в предыдущих разделах, найдем основные теплопотери помещения:

QОСН = 1/3,28 (20-(-27))12,12.1 + 1/3,28 (20-(-27))9·1 + 1/4,54(20-(-27))6,56.0,6+1/0,54(20-(-27))2,88.1 =450,76 (Вт)

Дополнительные потери теплоты, вызванные инфильтрацией воздуха, определяем для окон:

?QП = FОК(TВ-TН)АСGО, где

А - коэффициент, учитывающий нагрев наружного воздуха, проходящего через наружное ограждение ( для двойного окна принимаем А = 0,8);

С - удельная теплоемкость воздуха, равная 0,2 Вт.ч/(кг.оС);

GО - количество воздуха, фильтрующегося через 1 м2 окна, кг/(м2.ч)

GО == = 4,65 (кг/(м2.ч)

?QП = 2,88(20-(-27))0,8.0,2.4,65 = 100,71 (Вт)

Суммарные теплопотери помещения складываются из основных и дополнительных потерь теплоты на инфильтрацию:

QПОЛ = QОСН+?QП = 450,76+100,71=551,47 (Вт)

6.2 Теплоустойчивость ограждающих конструкций и помещений здания

Ввиду специфики работы систем централизованного теплоснабжения в переходный период года (tН=5 оС) отпуск теплоты на отопление зданий осуществляется методом пропуска. Это значит, что автоматически какое-то время нагрева m часов в системе будет циркулировать теплоноситель, а затем на n часов циркуляция прекращается. Периодичность работы системы отопления вызывает колебания температуры воздуха помещения.

Наружная температура tН=5 оС при продолжительности периодов m=6 ч и n=4 ч.

Период колебаний равен Т= m+ n=6+4=10ч.

Расчет коэффициента теплоусвоения материала при периоде колебаний Z=Т:

SZ=, где

SZ - коэффициент теплоусвоения материала при периоде колебаний Т, Вт/(м2.оС);

л - коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м2.оС);

с - теплоемкость материала, Вт.ч/(кг.оС);

с - плотность материала.

У наружной стены и потолка первым внутренним слоем является известково-песчаный раствор, для которого

SZ==8,27 (Вт/(м2.оС))

Первым слоем конструкции пола являются сосновые доски поперек волокон

SZ==11,4 (Вт/(м2.оС))

Для поверхности окна SZ=0 (конструкция окна не обладает тепловой инерцией). Внутренние перегородки, выполненные из гипса, имеют

SZ=17,25 (Вт/(м2.оС))

Для теплоемких внутренних слоев конструкции стен, пола и потолка величина коэффициента теплоусвоения поверхности Y определяется в зависимости от массивности слоя D=R. SZ, где R - термическое сопротивление слоя, R = д/л (м2.оС/Вт).

При D?1 имеет место соотношение Y=SZ.

При D<1 используется формула Y=( R. SZ+бВ)/(1+ R.бВ).

Для конструкции окна, не обладающей тепловой инерцией, зависимость имеет вид

Y=бВ/(1+R?ОК.бВ), R?ОК= RОК-1/ бВ-1/бН

Для наружной стены и потолка:

Тогда, D==0,306<1,

Следовательно, Y== (Вт/(м2.оС))

Для пола: D==1,84>1

Следовательно, Y=11.4 (Вт/(м2.оС))

Половина толщины гипсовой перегородки имеет массивность:

D=

Следовательно, Y=17,25 (Вт/(м2.оС))

Теплопотери помещения при tН=5 оС

QСР=QПОЛН

Амплитуда колебания воздуха в отапливаемом помещении

АВОЗД=, где

ЩМАКС - коэффициент прерывистости, значение которого определим по таблице в зависимости от отношения продолжительности периода нагрева m к периоду колебания (Т) температуры помещения;

РВЕНТ - коэффициент теплопоглощения вентиляционным воздухом.

РВЕНТ=н(с.г), где

н - воздухообмен в помещении, определяется из условия 40 м3/ч на человека;

Количество человек принимаем равным 4.

с.г - объемная теплоемкость воздуха, равная 0,35 (Вт/(м3.оС)).

РВЕНТ=40.4.0,35=56

Амплитуда колебания температуры воздуха в отапливаемом помещении

Библиографический список

1. СНиП 2-3-79*. Строительная теплотехника. М.: Госстрой России, 1998. 48с.

2. СНиП 23-01-99. Строительная климатология. М.: Госстрой России, 1999. 67с.

3. Карпов В.И., Оленев И.Б. Строительная теплофизика: Методические указания к контрольной работе для студентов специальности 290700 - «Теплогазоснабжение и вентиляция»/КрасГАСА. Красноярск, 2003. 76с.

4. Карпов В.И., Липовка Ю.Л. Теплотехнический расчет наружных ограждений и расчет теплового режима здания: Методические указания по выполнению курсовой работы по строительной теплофизике для студентов специальности 290700 - «Теплогазоснабжение и вентиляция»/КИСИ. - Красноярск,1988. 38с.

5. Богословский В.Н. Отопление и вентиляция: Учебник для вузов. 2-ое изд. М.: Стройиздат, 1980. 295с.

Размещено на Allbest.ru