Проектирование тепловой защиты здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание

Определить толщину наружной стены общественного здания в г.Томске.

Относительная влажность в помещении 55%

д₁ - 15 мм - сухая штукатурка

д₂ - ? мм - блоки из вермикулитобетона объемной плотностью 400 кг/м³

д₃ - 20 мм - облицовка известняком объемной плотностью 1600 кг/м³

Высота здания 9м.

Последовательность проектирования тепловой защиты здания:

- определяют наружные климатические характеристики и оптимальные параметры микроклимата внутри здания;

- разрабатывают объемно-планировочные решения и оценивают их с позиции энергоэффективности по показателю компактности здания и коэффициенту остекленности его фасадов;

- выбирают теплотехнический коэффициенты для материалов слоев в зависимости от условий эксплуатации здания;

- определяют значения нормируемых показателей: сопротивления теплопередаче R_req и температурного перепада ?t_n;

- разрабатывают конструктивные решения в здании и рассчитывают ширину утеплителя для каждой из ограждающих конструкций здания;

- проверяют соответствие расчетных показателей допустимым (нормируемым) величинам;

- выполняют теплотехническую проверку принятых конструктивных решений на воздухопроницаемость, влажностной режим и теплоустойчивость;

- определяют теплотехнические параметры для энергетического паспорта здания.

Климатические характеристики района строительства

Для выполнения теплотехнического расчета необходимы следующие климатические характеристики (по СНиП 23-01-99* таблица 1):

-40 ^оС - t_ext - Средняя температура наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92;

236 суток - z_ht - Продолжительность отопительного периода;

179 суток - z_о - Продолжительность периода влагонакопления;

- 8,4 ^оС - t_ht - Средняя температура отопительного периода;

-12, 4 ^оС - t_o - Средняя температура периода влагонакопления;

- Средняя упругость водяного пара наружного воздуха периода месяцев с отрицательными среднемесячными температурами.

Таблица 2.1. Основные климатические характеристики для г.Томска. По СНиП 23-01-99* табл. 3*, табл. 5*.

Месяцы	Среднемесячная	Период года	Продолжительность периода z, мес.	Средние за период
	Температура наружного воздуха, ос	Парциальное давление наружного воздуха , Па (умнож. На 100)			Температура воздуха, ос	Парциальное давление , Па (умнож. На 100)
Январь	-19,1	140	Зима	5	-14,66	196
Февраль	-16,9	150	Зима
Март	-9,9	240	Зима
Апрель	0,0	440	Осень - весна	2	0,4	480
Май	8,7	690	Лето	5	13,36	1128
Июнь	15,4	1180	Лето
Июль	18,3	1540	Лето
Август	15,1	1330	Лето
Сентябрь	9,3	900	Лето
Октябрь	0,8	520	Осень - весна
Ноябрь	-10,1	280	Зима
Декабрь	-17,3	170	Зима
За год	-0,5	630

В строительной климатологии периоды года выделяют в зависимости от значений среднемесячных температур: зимний ? -5 ^оС; летний ? 5 ^оС, весенне-осенний -5 ^оС < t < 5 ^оС.

Значение парциального давления водяных паров в воздухе зимнего, весенне-осеннего и летнего периодов рассчитывается по формуле:

, где

j - месяц, ^оС; z - продолжительность i-того периода, месяцев.

Таблица 2.2. Ветровая характеристика местности (г.Томск). По СНиП 2.01.01-82 приложение 4.

Румбы	С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ
Январь
Повторяемость ветра, %	6	10	8	5	49	17	2	3
Скорость ветра, м/с	2,8	3,3	3,1	3,4	5,6	5	2,8	2,4
Расчетная зимняя скорость ветра Vз, м/с - 5,6
Июль
Повторяемость ветра, %	15	17	10	8	28	9	6	7
Скорость ветра, м/с	2,8	3,4	3	2,9	3,2	2,8	2,2	2,5
Расчетная летняя скорость ветра Vл, м/с - 0

Роза ветров для района строительства: 1) для января; 2) для июля.

Основные теплотехнические коэффициенты

При определение основных теплотехнических коэффициентов следует учитывать условия (А и Б), при которых эксплуатируется ограждающая конструкция.

По СНиП II-3-79* приложение 1* определяем зону влажности - нормальная.

По СНиП 23-02-2003 таблица 1 определяем влажностный режим помещений здания - нормальный.

Затем по СНиП 23-02-2003 таблица 2 определяем условия эксплуатации ограждающих конструкций - Б.

Таблица 2.3. Теплотехнические характеристики ограждающих конструкций. По СП 23-101-2004 приложение Д.

Наружная стена
N слоя	1	2	3	Итого
Толщина слоя, мм	15	600	20
Материал слоя Их характеристики:	Сухая штукатурка (листы гипсовые обшивочные)	Блоки из вермикулитобетона	Облицовка известняком
Объемная плотность материала со, кг/м3	800	400	1600
Коэффициент теплопроводности л, Вт/(м ос)	0,21	0,13	0,81
Коэффициент теплоусвоения s, Вт/(мос)	3,66	2,29	9,76
Коэффициент паропроницаемости м, Мг/(мчПа)	0,075	0,19	0,12
Термическое сопротивление R, (м2 ос)/Вт	0,071	4,615	0,024	3,328
Показатель тепловой инерции D
Сопротивление паропроницанию RVP, (м2чПа)/мг

Климатические условия в холодный период года в каждом населенном пункте характеризует показатель - градусо-сутки отопительного периода D_d, ^оСсут.

, где

- расчетная средняя температура внутреннего воздуха для заданного типа помещения, ^оС;

= 18 ^оС (для общественных зданий)

- средняя температура наружного воздуха отопительного периода, ^оС;

= -8,4 ^оС

- продолжительность отопительного периода, сутки.

= 236 суток

^оСсут

Условия допустимости принятия проектных решений.

Строительными нормами установлены 3 обязательных взаимно увязанных нормируемых показателя тепловой защиты здания:

«а» - приведенное сопротивление теплопередаче , (м^{2 о}С)/Вт, отдельных элементов ограждающих конструкций здания, которое характеризует теплозащитные свойства ограждающей конструкции;

«б» - температурный перепад , ^оС, между температурами внутреннего воздуха и внутренней поверхности ограждающей конструкции, характеризует санитарно-гигиенические условия в помещениях с точки зрения обеспечения комфортных условий пребывания человека и предотвращения поверхностей внутри помещения от увлажнения, намокания и появления плесени;

«в» - удельный расход энергии на отопление здания , кДж/(м^{2 о}С сут), позволяет оценить комплексную величину энергосбережения от реализации архитектурных, строительных, теплотехнических и инженерных решений.

Согласно строительным нормам требования тепловой защиты здания считаются выполненными, если в жилых и общественных зданиях обеспечены требования одновременно по показателям «а» и «б» или «б» и «в», в зданиях производственного назначения - показателей «а» и «б».

В данной работе предусматривается проектирование тепловой защиты зданий по показателям «а» и «б».

Определение нормативных показателей

Показатель «а» - нормируемое значение проведенного сопротивления теплопередаче определяется по таблице 4 СНиП 23-02-03 в зависимости от величины градусо-суток отопительного периода . Значения отличающиеся от табличных величин следует определять по формуле:

, где a и b - коэффициенты, приведенные в таблице 4 СНиП 23-02-03.

a = 0,0003

b = 1,2

(м^{2 о}С)/Вт

Показатель «б» - нормируемая величина температурного перепада зависит от назначения помещения и вида ограждающей конструкции, находится по таблице 5 СНиП 23-02-03.

Показатель «в» - нормируемое значение удельного расхода энергии на отопление зависит от назначения и этажности здания, устанавливается по таблицам 8 и 9 СНиП 23-02-03.

кДж/(м^{2 о}С сут)

Выбор конструктивного решения в здание.

Исходным элементом обеспечения нормативных требований в здании является выбор целесообразной толщины ограждающих конструкций здания.

В теплотехническом проектирование различают 2 вида глухих конструкций наружных ограждений: однородные (однослойные и многослойные) и неоднородные (многослойные). По заданию наружные ограждения являются однородными многослойными, т.е. 1 слой совмещает в себе и конструктивные, утепляющие функции.

Основой проектирования является определение толщины слоя утеплителя.

Применив условное деление ограждающей конструкции на слои найдем расчетное сопротивление теплопередачи:

,

где - толщина, м, - коэффициент теплопроводности материала слоя утеплителя, Вт/(м^оС),

и - толщина, м, и коэффициент, Вт/(м^оС), теплопроводности i-того конструктивного слоя ограждения,

N - количество слоев ограждающей конструкции,

- термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки (МУ таблица 1.5),

- коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м^2оС) (СНиП 23-02-2003 таблица 7), - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающих конструкций для условий холодного периода, Вт/(м^2оС) (МУ таблица 1.4).

8,7 Вт/(м^2оС)

23 Вт/(м^2оС)

= 0

Исходя из граничного условия «а», при котором , можно определить толщину утеплителя :

=

= (3,069 - 0,2529) 0,13 = 0,366 м = 366 мм

По унификации (МУ таблица 1.6) принимаем толщину слоя равную 400 мм.

Определение расчетных показателей

Показатель «а» - расчетное сопротивление теплопередачи , (м^{2 о}С)/Вт.

= 3,328 (м^{2 о}С)/Вт

r - коэффициент теплотехнического однородного i-того участка однородной ограждающей конструкции, учитывающий влияние стыков, откосов, проемов, обрамляющих ребер, гибких связей и других теплотехнических включений.

r = 0,9 (МУ таблица 3, СП 23-101-2004 таблица 6)

2,995 (м^{2 о}С)/Вт

Для достижения требований строительных норм должно выполняться условие:

Т.к. 2,995 3,069, значит следует выбрать большую по унификации толщину:

= 600 мм.

Тогда = 4,869 (м^{2 о}С)/Вт

4,382 (м^{2 о}С)/Вт

Т.к. 4,382 3,069, значит уровень тепловой защиты стены здания соответствует требованиям.

Показатель «б» - расчетный температурный перепад , ^оС.

= 18 ^оС (для общественных зданий)

- cредняя температура наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92.

= -40 ^оС

- коэффициент, учитывающий положение наружных ограждений по отношению к наружному воздуху (таблица 6 СНиП 23-02-03).

= 1

1,521 ^оС

Для достижения требований строительных норм должно выполняться условие:

Т.к. 1,521 4,5, значит , следовательно, санитарно-гигиенические условия в здании соответствуют требованиям.

Вывод: принятое конструктивное решение наружной стены общественного здания соответствует требованиям по условиям «а» (по тепловой защите) и «б» (по санитарно-гигиеническим условиям).

Далее необходимо принятый вариант наружной стены проверить на теплоустойчивость, воздухопроницаемость и влажностной режим.

Проверки к теплотехническому расчету

Проверка на воздухопроницаемость материалов и конструкций.

- сопротивление воздухопроницанию, (м² Па)/кг

- коэффициент воздухопроницания, кг/(м Па)

- требуемое сопротивление воздухопроницанию, (м² Па)/кг



- разность давлений воздуха на внутренней и внешней сторонах ограждающих поверхностей, Па.

тепловой напор + ветровой напор

- высота здания от уровня пола 1 этажа до верха вытяжной шахты, м

9 м (по заданию)

, Н/м³

зависит от = 18 ^оС

= 11,90 Н/м³

зависит от = -40 ^оС

= 14,86 Н/м³

- расчетная зимняя скорость ветра, м/с.

5,6 м/с

28,632 Па

- нормируемая воздухопроницаемость ограждающих конструкций, кг/(м² ), по таблице 11 СНиП

0,5 кг/(м² )

57,264 (м² Па)/кг

- расчетное сопротивление воздухопроницанию, (м² Па)/кг

определяется для каждого слоя (МУ таблица 1.7, СП 23-101-2004 таблица 17)

30 (м² Па)/кг, для обшивки из гипсовой сухой штукатурки толщиной 15 мм.

1,5 (м² Па)/кг, для кладки из легкобетонных камней на цементно-шлаковом растворе толщиной 600 мм.

0,24 (м² Па)/кг, для облицовки известняком толщиной 20 мм.

31,740 (м² Па)/кг

Для достижения требований проверки на воздухопроницаемость должно выполнятся условие:

Т.к. 31,740 57,274, значит требования по воздухопроницаемости не достигнуты.

Вывод: конструкция не соответствует требованиям по воздухопроницаемости. Для того, чтобы проверка на воздухопроницаемость выполнялась предлагаю изменить один из материалов.

Например, известняк заменить известковой штукатуркой.

Тогда 189,333 (м² Па)/кг.

Значит было бы равно 220,833 (м² Па)/кг и условие выполнялось бы.

Проверка на выпадение конденсата на внутренней поверхности ограждения.

- максимальное значение упругости водяного пара, которое зависит от температуры внутреннего воздуха в помещение = 18 ^оС.

определяем по таблице 1.8 МУ, таблице 2 приложения С СП 23-101-2004.

2064 Па

Зная значение можно определить действительную упругость водяного пара .

55 % (по заданию).

= 1135,2 Па

Поток водяного пара, проходящий через слои наружного ограждения, при понижении температуры до значения температуры точки росы конденсируется. Температурой точки росы считают температуру, при которой наступает полное насыщение воздуха паром, а относительная влажность достигает своего предела - 100 %.

Определяют температуру точки росы по таблице 1.10 МУ, предполагая, что относительная влажность воздуха составляет 100 %, а .

8,83 ^оС

Конденсат на внутренней поверхности и в толще наружной ограждающей конструкции не будет выпадать тогда, когда температура ограждения окажется не менее температуры точки росы:

16,479 ^оС

Т.к. 16,479 8,83, значит и проверка на выпадение конденсата выполняется.

= 15,203 ^оС

Т.к. 15,203 8,83, значит

Проверка на паропроницаемость.

Паропроницаемость - способность материалов всех слоев конструкций пропускать влагу под действием разности парциальных давлений водяного пара на её наружной и внутренней поверхностях.

При этом диффундирующий через ограждение водяной пар может перейти в жидкое состояние с наибольшей вероятностью в зоне, которая называется плоскостью возможной конденсации (ПВК). ПВК располагается в теплотехнически однородных однослойных конструкциях на расстоянии равном 2/3 толщины конструкции от её внутренней поверхности, а в многослойных ограждающих конструкциях от внутренней поверхности утепляющего слоя.

- сопротивление паропроницанию, м² Па/мг, величина, обратная потоку водяного пара, проходящего через единицу площади ограждающей конструкции в изотермических условиях в единицу времени при разности парциальных давлений внутреннего и наружного воздуха в один Паскаль.

- коэффициент паропроницаемости, мг/м Па (по приложению Д СП 23-101-2004)

Два нормируемых сопротивления паропроницанию и рассчитываются из условий:

а) недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период эксплуатации.



б) ограничения влаги в ограждающей конструкции за период с отрицательными среднемесячными температурами наружного воздуха.

Где - парциальное давление водяного пара внутреннего воздуха, Па.

1135,2 Па

- расчетное сопротивление паропроницанию, м² Па/мг, части ограждающей конструкции между наружной поверхностью ограждающей конструкции и ПВК.

1,218 (м² Па)/мг

- среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха, Па, за годовой период.

7580/12 = 630 Па

 - продолжительность периода влагонакопления, сутки.

179 суток

- объемная плотность материала увлажняемого слоя, кг/м³.

400 кг/м³

- толщина увлажняемого слоя ограждающей конструкции, м, принимаемая равной 2/3 толщины однородной ограждающей конструкции или толщине теплоизоляционного слоя (утеплителя) неоднородной ограждающей конструкции.

0,4 м

- предельно допустимое приращение расчетного массового отношения влаги в материале увлажняемого слоя, %, за период влагонакопления, принимаемое по таблице 12 СНиП 23-02-2003.

5 %

- коэффициент, определяемый по формуле:

- среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха, Па, периода месяцев с отрицательными среднемесячными температурами.

196 Па

77,675

Е - парциальное давление водяного пара, Па, в ПВК за годовой период эксплуатации.

,

Где , , - парциальное давление водяного пара, Па, принимаемое по температуре в ПВК, которая рассчитывается при средней температуре наружного воздуха соответственно зимнего, весеннее-осеннего и летнего периодов;

, , - продолжительность зимнего, весеннее-осеннего и летнего периодов года, месяцы.

1)

3,148 (м² Па)/кг

- 6,319 ^оС

По приложению С СП 23-101-2004 = 359,5 Па

2)

4,896 ^оС

По приложению С СП 23-101-2004 = 867 Па

3)

14,544 ^оС

По приложению С СП 23-101-2004 = 1656 Па

 = 984,292 Па

Е₀ - парциальное давление водяного пара, Па, в ПВК, определяемое при средней температуре наружного воздуха периода влагонакопления.

- 4,635 ^оС

По приложению С СП 23-101-2004 Е₀ = 416,225 Па

0,519 (м² Па)/мг

0,352 (м² Па)/мг

- расчетное сопротивление паропроницанию, м² Па/мг, в пределах от внутренней поверхности до ПВК.

2,305 м² Па/мг.

Состояние ограждающей конструкции здания соответствует требованиям строительных норм и правил по влажности, если расчетное сопротивление паропроницанию конструкции в пределах от внутренней поверхности до ПВК равно или превышает оба нормируемых сопротивления паропроницанию.

и

2,305 > 0,519 и 2,305 > 0,352, значит конструкции соответствует требованиям по паропроницанию.

Графический способ выявления зоны образования конденсата в толще стены

Для проверки конструкции на наличие зоны конденсации внутри стены определяем общее сопротивление паропроницанию стены .

2,305 + 1,218 = 3,523 м² Па/мг.

Значение парциального давления водяного пара на внутренней поверхности стены, как было установлено, составляет:

1135,2 Па

Для расчета давления на наружной поверхности стены принимаем расчетную зимнюю температуру и относительную влажность наружного воздуха равными соответственно среднемесячной температуре и средней относительной влажности наиболее холодного месяца.

Для г. Томска наиболее холодным месяцем является январь.

- 19,1 ^оС

80 %

(80140)/100 = 112 Па

Далее рассчитываем температуры на границах слоев, нумеруя их от внутренней поверхности к наружной. Затем в зависимости от значения этих температур определяем величину максимального парциального давления водяного пара на границах.



18 ^оС

17,124 ^оС

1949 Па

16,583 ^оС

0,071 м² Па/мг.

1889 Па

4,863 ^оС

0,071 + 1,538 = 1,609 м² Па/мг.

867 Па

-6,856 ^оС

0,071 + 3,076 = 3,147 м² Па/мг.

344 Па

-18,584 ^оС

0,071 + 4,615 = 4,686 м² Па/мг.

117 Па

-18,767 ^оС

0,071 + 4,615 + 0,024 = 4,710 м² Па/мг.

116 Па

По значению температур строится температурное поле, соответствующее стационарному тепловому режиму в ограждающей конструкции для более холодного месяца.



Рассчитываем величину действительного парциального давления водяного пара в толще стены.

844,766 Па

1114,579 Па

667,891 Па

221,203 Па

-225,775 Па

-232,746 Па

Строится график распределения максимального и действительного парциального давления водяного пара по толще стены (слева направо - от внутренней поверхности к наружной).



Вывод: Видно, что эти кривые не пересекаются, т.к. все величины меньше величин . Значит конденсация водяного пара в проектируемой ограждающей конструкции отсутствует.

строительство здание теплотехнический конденсат

Проверка на теплоустойчивость

Т.к. среднемесячная температура июля в г.Томске 18,3 ^оС, что ниже 21 ^оС, значит для теплого периода года проверка на теплоустойчивость не выполняется.

Для выполнения данной проверки в холодный период года необходимо определить систему отопления, к которой подключено проектируемое здание.

Размещено на Allbest.ru