Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ВЫСШАЯ ШКОЛА ЭКОНОМИКИ

Институт ДПО ГАСИС

КАФЕДРА СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ПЕРЕПОДГОТОВКА

ПРОМЫШЛЕННОЕ И ГРАЖДАНСКОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО

Архитектура зданий и сооружений

Решения задач к разделу

СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕПЛОФИЗИКА

Слушатель ГУБИН В.В.

(регистр. № 10.13.32 - 281)

2013

Задание №1.1 для самостоятельного решения

Рассчитать термическое сопротивление R и коэффициент теплопередачи k стены толщиной , выполненной из материала, коэффициент теплопроводности которого . Рассчитать тепловые потери стены Q через F = 1 м² за z = 1 час при перепаде температур (t_в - t_н) = 40^оС.

Номер Вашего варианта соответствует последней цифре Вашего регистрационного номера.

Таблица вариантов к заданию №1.1

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
, м	0,6	0,7	0,8	0,9	0,6	0,7	0,8	0,9	0,4	0,3
, Вт/м.оС	1,5

Решение

1. Воспользовавшись (1.4) или (1.5), найдем термическое сопротивление стены R_o , состоящей из одного слоя:

м².^оС/Вт.

2. Коэффициент теплопередачи стены k будет равен

Вт/м².^оС.

3. Воспользовавшись (1.11), найдем Q:

Вт·ч

Задание №1.2 для самостоятельного решения

Рассчитать термическое сопротивление R , коэффициент теплопередачи k и температурное поле (температуру на границах между слоями) стены толщиной , выполненной из трех слоев материала толщиной и коэффициентом теплопроводности соответственно (Вт/м.^оС) , ( Вт/м.^оС) и (Вт/м.^оС). Температура на внутренней поверхности , на наружной . Рассчитать тепловые потери стены Q через F = 1 м² за z = 1 час. Порядок слоев - от внутренней поверхности к наружной. теплопередача стена жилой конденсат

Номер Вашего варианта соответствует последней цифре Вашего регистрационного номера.

Таблица вариантов к заданию №1.2

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
, м	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5
, м	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2	1,3

Решение

1. Воспользовавшись (1.4) или (1.5), найдем термическое сопротивление стены R_o , состоящей из одного слоя:

2. Коэффициент теплопередачи стены k будет равен

Вт/м².^оС.

3. По (1.10) найдем температуры на границах между слоями и (рис.1.2,б):

.

4. Воспользовавшись (1.11), найдем Q:

Вт·ч

Задание №1.3 для самостоятельного решения

Рассчитать термическое сопротивление R, коэффициент теплопередачи k и температурное поле (температуру на границах между слоями) стены толщиной , выполненной из трех слоев материала толщиной и коэффициентом теплопроводности соответственно (Вт/м.^оС) , ( Вт/м.^оС) и (Вт/м.^оС). Температура на внутренней поверхности , на наружной . Рассчитать тепловые потери стены Q через F = 1 м² за z = 1 час. Порядок слоев - от внутренней поверхности к наружной. Проанализировать результаты решения Заданий №1.1, №1.2 и №1.3.

Номер Вашего варианта соответствует последней цифре Вашего регистрационного номера.

Таблица вариантов к заданию №1.3

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
, м	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4	0,4
, м	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2	0,2

Решение

1. Воспользовавшись (1.4) или (1.5), найдем термическое сопротивление стены R , состоящей из трех слоев:

2. Коэффициент теплопередачи стены k будет равен

Вт/м².^оС.

3. По (1.10) найдем температуры на границах между слоями и (рис.1.2,в):

.

4. Воспользовавшись (1.11), найдем Q:

Вт·ч

Из решения Заданий №1.1, №1.2 и №1.3 (рис.1.2) можно сделать следующие выводы.

1. Термическое сопротивление стенки, состоящей только из плотного материала с высокой теплопроводностью, имеет очень незначительную величину и, соответственно, высокий коэффициент теплопередачи. Потери тепла через такую стенку неизбежно будут высокими.

2. Введение слоя теплоизоляции резко увеличивает термическое сопротивление стенки с 0,60 до 2,8 м².^оС и снижает коэффициент теплопередачи с 1,7 до 0,357 Вт/м².^оС. Тепловые потери снижаются от 68,0 до 14,29 Вт.ч.

3. По (1.10) найдем температуры на границах между слоями и (рис.1.2,б):



Рис.1.2. Температурное поле к заданиям №1.1, №1.2 и №1.3

3. Общее термическое сопротивление и коэффициент теплопередачи многослойной стенки от порядка расположения слоев заданной толщины не зависят. В Заданиях №1.2 и №1.3, несмотря на различное расположение слоев, в обоих случаях R = 2,8 м^2оС/Вт и k = 0,357 Вт/м².^оС.

4. Наибольшее изменение температуры имеет место в слое с наименьшим коэффициентом теплопроводности, т.е. в слое теплоизоляции. Разница температур по направлению теплового потока (от внутренней поверхности к наружной) составляет в обоих случаях = 19,04 - (-9,53) = 9,53 - (-19,04) = 28,57^оС.

5. Для конкретных условий Заданий №1.2 и №1.3 (отрицательная температура на наружной поверхности) нулевая температура приходится на слой теплоизоляции.

6. Порядок слоев, не оказывая влияния на общую величину термического сопротивления стенки, тем не менее, влияет на качественное состояние конструкции. При расположении слоя теплоизоляции ближе к наружной поверхности (Задание №1.2, рис.1.2,б) 84,6% сечения стенки находятся постоянно в зоне действия положительных температур от +20 до +19,04^оС, при расположении же слоя теплоизоляции ближе к внутренней поверхности (Задание №1.3, рис.1.2,в) 84,6% сечения стенки постоянно находятся в зоне действия низких отрицательных температур от - 9,53 до - 20^оС, что создает возможности для проявления негативных последствий - развитию температурных напряжений в плотном материале, разрушению его структуры и снижению долговечности из-за действия знакопеременных температур, повышению влажности и ее накоплению, и т.п.

Задание №1.4 для самостоятельного решения

Рассчитать термическое сопротивление R_о, коэффициент теплопередачи k_о и температурное поле (температуру на поверхностях и границах между слоями) стены толщиной 0,5 м, выполненной из трех слоев материала толщиной и коэффициентом теплопроводности, соответственно(Вт/м.^оС) , ( Вт/м.^оС) и =0,1м (Вт/м.^оС). Температура внутреннего воздуха , температура наружного . Коэффициенты теплоотдачи: = 8,7 Вт/м².^оС и = 23 Вт/м².^оС. Рассчитать тепловые потери стены Q через F = 1 м² за z = 1 час. Порядок слоев - от внутренней поверхности к наружной. Сравнить результаты решения Заданий №1.2 и №1.4.

Номер Вашего варианта соответствует последней цифре Вашего регистрационного номера.

Таблица вариантов к заданию №1.4

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
, м	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5
, м	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2	1,3

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.1.3. Температурные поля и термические сопротивления стенки, контактирующей с воздушной средой t_в и t_н

Решение

1. Воспользовавшись (1.13), найдем термическое сопротивление стены R_о :

2. Коэффициент теплопередачи стены k будет равен

Вт/м².^оС.

3. По (1.10) найдем температуры на поверхностях и на границах между слоями (рис.1.4):

.



Рис.1.4. К заданию №1.4

4. Воспользовавшись (1.11), найдем Q:

Вт·ч

Сравнение результатов решения Задиний №1.2 (рис.1.4,а) и №1.4 (рис.1.4,б) показывает

1. Так как при контакте с воздушной средой термические сопротивления стенки в этих зонах имеют ненулевое значение, а их совокупный вклад в общее сопротивление составляет 0,115 + 0,043 = 0,158 м².^оС/ Вт, общее термическое сопротивление стенки возрастает с 2,8 до 2,958 м².^оС/ Вт.

2. Соответственно температура на наружной поверхности повышается с -20 до -19,42 ^оС, температура на внутренней поверхности снижается с +20 до +18,45 ^оС .

3. Удельные теплопотери в окружающую среду снизились с 14,29 до 13,52 Вт/ч.

Задание №1.5 для самостоятельного решения

Определить приведенное сопротивление теплопередаче пятипустотной железобетонной плиты перекрытия. Толщина плиты - д, диаметр пустот - d, ширина плиты . Коэффициент теплопроводности железобетона . Температура воздуха в пустотах в процессе эксплуатации - положительная.

Номер Вашего варианта соответствует последней цифре Вашего регистрационного номера.

Таблица вариантов к заданию №1.5

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
, мм	240	280	320	240	280	320	240	280	320	240
d, мм	120	140	160	120	140	160	120	140	160	120

Решение

1. Заменяем по (1.16) круглые пустоты на эквивалентные по площади квадраты со стороной

.



Рис.1.5. К расчету термического сопротивления многопустотной железобетонной плиты

2. Размеры рис.1.6.A в связи с изменением геометрии воздушных пустот приводим к размерам рис.1.6.I.

3. Проводим индексацию размеров рис.1.6.I. к обозначениям рис.1.5.I :

; ;

; ; .

4. Расчетную длину плиты принимаем раной 1 м.

5. Рассечем конструкцию плоскостями А, Б и В, параллельными направлению теплового потока (рис.1.6,II), на элементы, состоящие из одного или нескольких слоев, перпендикулярных направлению теплового потока, однородность материала в которых может быть нарушена или не нарушена.

Слой А является однородным слоем из железобетона, толщина слоя (по направлению теплового потока) - д = 0,28м, ширина b_n1 = 0,067м, расчетная площадь в направлении перпендикулярном плоскости чертежа F_A = b_n1·1= 0,067м².

Термическое сопротивление слоя А по (1.17):

м².^оС/Вт .

Рис.1.6. К задаче №1.5 ( размеры в мм)

Слой Б неоднороден, он состоит из трех слоев:

* из слоя железобетона толщиной д_n1 = 0,067м, шириной b_n2 = 0,106м, расчетная площадь его F_Б1 = b_n2·1 = 0,106м², термическое сопротивление по (1.18) равно

м².^оС/Вт

* из слоя замкнутой воздушной прослойки толщиной д_n2 = 0,106м, шириной b_n2 = 0,106м, расчетная площадь его F_Б2 = b_n2·1 = 0,106м²; термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки определяем по табл.* и принимаем равным R_Б2 =0,15 м².^оС/Вт .

Термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки (извлечение из СП 50.13330.2013 табл.Е.1)

Толщина воздушной прослойки, м	Термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки, м2.оС/Вт
	горизонтальной при потоке тепла снизу вверх и вертикальной	горизонтальной при потоке тепла сверху вниз
	при температуре воздуха в прослойке
	положительной	отрицательной	положительной	отрицательной
0,01 0,05 0,1 0,15 0,2 - 0,3	0,13 0,14 0,15 0,15 0,15	0,15 0,17 0,18 0,18 0,19	0,14 0,17 0,18 0,19 0,19	0,15 0,22 0,23 0,24 0,24
Примечание. При оклейке одной или обеих поверхностей воздушной прослойки алюминиевой фольгой термическое сопротивление следует увеличивать в два раза

* из слоя железобетона толщиной д_n3 = 0,067м, шириной b_n2 = 0,106м, расчетная площадь его F_Б3 = b_n2·1 = 0,106м², термическое сопротивление по (1.19) равно

 м².^оС/Вт

* Общее термическое сопротивление слоя Б по (1.20) равно

= 0,035 + 0,15 + 0,035 = 0,22 м².^оС/Вт

* Слой В является, как и слой А, однородным слоем из железобетона, толщина слоя (по направлению теплового потока) - д = 0,28м, ширина b_n3 = 0,134м, расчетная площадь в направлении перпендикулярном плоскости чертежа F_В = b_n3·1 =0,134м².

Термическое сопротивление слоя В:

м².^оС/Вт

3. Среднее термическое сопротивление неоднородной конструкции, состоящей из слоев, параллельных направлению теплового потока R₌ определяется по (1.22):

где

м².^оС/Вт

м².^оС/Вт

м².^оС/Вт

4. Рассечем конструкцию плоскостями I, II и III, перпендикулярными направлению теплового потока Q (рис.1.6,III), на элементы, состоящие из одного или нескольких слоев, однородность материала в которых может быть нарушена или не нарушена.

Слой I является однородным слоем из железобетона, толщина слоя (по направлению теплового потока) - д_n1 =0,067м, термическое сопротивление слоя I по (1.23):

м².^оС/Вт.

Слой II неоднороден, он состоит из слоев железобетона, толщиной = 0,106м (по направлению теплового потока) с термическим сопротивлением R_2жб по (1.24):

м².^оС/Вт,

и соответственно, площадью F_2A = b_n1·1 = 0,067м² или F_2B = b_n3·1 = 0,134м² каждый, и нескольких замкнутых воздушных прослоек, площадью F_2Б = b_n2·1 = 0,106м² и термическим сопротивлением R_2Б (по табл.*) каждая.

Термическое сопротивление слоя II рассчитаем по формуле (1.25):

где ;

;

;

м².^оС/Вт;

м².^оС/Вт.

Слой III является однородным слоем из железобетона, толщина слоя (по направлению теплового потока) - д_n3 =0,067м, термическое сопротивление слоя III по (1.26):

м².^оС/Вт.

5. Среднее термическое сопротивление неоднородной конструкции, состоящей из слоев, перпендикулярных направлению теплового потока определяется по формуле (1.27):

м².^оС/Вт.

6. Полное приведенное сопротивление теплопередаче (термическое сопротивление) неоднородной ограждающей конструкции определяем по формуле (1.28):

м².^оС/Вт.

Задание №1.6* для самостоятельного решения

Произвести теплотехнический расчет наружной стены жилого дома, возводящегося в городе по варианту. Конструкция стены (от внутренней поверхности к наружной): керамзитобетон на керамзитовом песке д₁ = 0,25 м (плотность по варианту), слой пенополистирола, толщину которого д₂ требуется определить расчетом (плотность по варианту), керамзитобетон на керамзитовом песке д₃ = 0,10 м (плотность по варианту). Влажностный режим помещений - нормальный.

Номер варианта соответствует последней цифре Вашего регистрационного номера.

Таблица вариантов к заданию №1.6*

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Города	Влади- восток	Брянск	Влади- мир	Орел	Екате-ринбург	Архан- гельск	Курск	Тверь	Челя- бинск	Омск
Плотность керамзитобе-тона, кг/м3	1200	1400	1200	1400	1200	1400	1200	1400	1200	1400
Плотность пенополисти-рола, кг/м3	10-12	12-14	14-15	15-17	17-20	20-25	25-30	30-35	16	23

Таблица 1.5 Влажностный режим помещений зданий (табл.1 СП 50.13330.2012)

Режим	Влажность внутреннего воздуха, %, при температуре, оС
	до 12	свыше 12 до 24	свыше 24
Сухой	до 60	до 50	до 40
Нормальный	свыше 60 до 75	свыше 50 до 60	свыше 40 до 50
Влажный	свыше 75	свыше 60 до 75	свыше 50 до 60
Мокрый	-	свыше 75	свыше 60

Таблица 1.6 Условия эксплуатации ограждающих конструкций (табл.2 СП 50.13330.2012)

Влажностный режим помещений зданий (по табл.1 СП 50)	Условия эксплуатации А и Б в зоне влажности (по Приложению В)
	сухой	нормальный	влажный
Сухой	А	А	Б
Нормальный	А	Б	Б
Влажный	Б	Б	Б

Таблица 1.7 Расчетные теплотехнические показатели строительных материалов (извлечение из табл. Т.1 приложения Т СП 50.13330.2012)

Материал	Характеристики материалов в сухом состоянии	Расчетные коэффициенты материалов при условиях эксплуатации конструкций А и Б
	плотность,	теплопро-водность ,	Тепло-проводность ,	Тепло-усвоение (при периоде 24 ч) s, Вт/м2.0С	Паро-проница-емость м,
			А	Б	А	Б	А, Б
1	2	3	4	5	6	7	8
Теплоизоляционные материалы
1.Плиты из пенополистирола	до 10	0,049	0,052	0,059	0,23	0,28	0,05
6.То же	17-20	0,037	0,040	0,046	0,29	0,34	0,05
10.То же	35-38	0,037	0,040	0,046	0,38	0,45	0,05
Конструкционные и конструкционно-теплоизоляционные материалы
105.Керамзитобетон на керамзитовом песке	1800	0,66	0,80	0,92	10,5	12,33	0,09
106.То же	1600	0,58	0,67	0,79	9,06	10,77	0,09
107.То же	1400	0,47	0,56	0,65	7,75	9,14	0,098
108.То же	1200	0,36	0,44	0,52	6,36	7,57	0,11

Рис.1.7. Карта зон влажности РФ

Для того чтобы рассчитать (проверить) термическое сопротивление конструкции,

Решение

1. Согласно карте зон влажности (рис.1.7) г. Тверь находится во нормальной зоне влажности (зона 2).

2. Для нормального влажностного режима помещений (по условию) и нормальной климатической зоны влажности условия эксплуатации категорируются (табл.1.6) литерой Б.

3. Теплопроводность примененных материалов, соответствующая литере Б, составляет (табл.1.7):

л₁ = 0,65 Вт/м.^оС;

л₂ = 0,046 Вт/м.^оС;

л₃ = 0,65 Вт/м.^оС.

Таблица 1.8 Нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции (извлечение из табл.5 СП 50.13330.2012)

Здания и помещения	Нормируемый температурный перепад , оС, для
	наружных стен	покрытий и чердачных перекрытий	перекрытий над проездами, подвалами и подпольями
1. Жилые, лечебно-профилактические и детские учреждения, школы интернаты	4,0	3,0	2,0

Таблица 1.9. Климатические параметры холодного периода года (извлечение из табл.3.1. СП 131.13330.2012)

Город	Температура воздуха наиболее холодной пятидневки, оС, обеспеченностью	Абсолютная минимальная температура воздуха, оС	Продолжительность, суток, и средняя температура воздуха, оС со средней суточной температурой воздуха	Средняя месячная относительная влажность воздуха наиболее холодного месяца, %	Преобладающее направление ветра за декабрь-февраль	Средняя скорость ветра, м/сек за период со средней температурой воздуха ? 8оС
	0,98	0,92		? 8оС
				продолжительность	Средняя температура
1	4	5	7	11	12	15	18	20
Тверь	- 33	- 29	- 50	218	-3,0	85	ЮЗ	4,1

Таблица 1.10 Базовые значения требуемого сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций (извлечение из табл.3 СП 50.13330.2012)

Здания и помещения, коэффициенты a и b	Градусо-сутки отопительного периода, оС.сут/год	Базовые значения требуемого сопротивления теплопередаче , м2.оС/Вт, ограждающих конструкций
		Стен	Покрытий и перекрытий над проездами	Перекрытий чердачных, над неотапливаемыми Подпольями и подвалами	Окон и балконных дверей, витрин и витражей	Фонарей
1	2	3	4	5	6	7
1. Жилые, лечебно-профилактические и детские учреждения, школы, интернаты, гостиницы и общежития	2000	2,1	3,2	2,8	0,3	0,3
	4000	2,8	4,2	3,7	0,45	0,35
	6000	3,5	5,2	4,6	0,6	0,4
	8000	4,2	6,2	5,5	0,7	0,45
	10000	4,9	7,2	6,4	0,75	0,5
	12000	5,6	8,2	7,3	0,8	0,55
a	-	0,00035	0,0005	0,00045	-	0,000025
b	-	1,4	2,2	1,9	-	0,25
Примечания 1.Значения для величин ГОСП, отличающихся от табличных, следует определять по формуле , (т.10) где ГСОП - градусо-сутки отопительного периода, оС.сут/год, для конкретного пункта: a и b - коэффициенты, значения которых принимаются по данным таблицы для соответствующих групп зданий. Для окон и балконных дверей при ГСОП до 6000оС.сут/год коэффициенты а и b принимаются со следующими значениями: а = 0,000075 и b = 0,15, для интервала от 6000 до 8000 оС.сут/год: а = 0,00005 и b = 0,3 и для интервала 8000 оС.сут/год и более: а = 0,000025 и b = 0,5.

4. Климатические параметры холодного периода года для г. Тверь составляют (табл.1.9):

* температура воздуха наиболее холодной пятидневки t_{н(хп, 0,92)} = - 29^оС _;

* средняя температура воздуха периода со средней суточной температурой воздуха ? 8^оС - t_от= - 3^оС _;

* продолжительность отопительного периода z_от = 218 сут _.

5. Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции согласно табл.4 СП 50.13330.2012 для стен, полов и гладких потолков = 8,7 Вт/м².^оС.

6. Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции согласно табл.6 СП 50.13330.2012 для наружных стен, покрытий и перекрытий над проездами = 23 Вт/м².^оС.

7. Температура внутреннего воздуха (табл.1 ГОСТ 30494-96): tв = 20-22^оС, принимаем tв = 20^оС _ .

8. Нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, обеспечивающий требуемые санитарно-гигиенические и комфортные условия (табл.1.8), t^н = 4^оС.

9. По (1.31) рассчитываем количество градусо-суток отопительного периода ГСОП:

ГСОП = (t_в - t_от)z_от = (20 - (- 3))·218 = 5014 ^оС.сут _.

10. По формуле (т.10) табл.1.10 рассчитываем базовое значение требуемого сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции (с учетом а = 0,00035 и b = 1,4) :

_ .

11. Нормируемое значение термического сопротивления определяется по (1.30) и при m_p = 1 составляет:

.

12. Термическое сопротивление стены по (1.13) составляет:

,

решим полученное уравнение относительно д₂ :

и принимаем толщину слоя пенополистирола равной д₂ = 0,115 м (при условии, что такой типоразмер доступен и его применение дешевле, чем применение д₂ = 0,12 м).

13. Фактическое термическое сопротивление стены составит:

_

и, таким образом, условие соответствия фактического сопротивления R_ф теплопередаче нормативному выполнено:

> .

14. Проверим полученную величину фактического термического сопротивления на соответствие санитарно-гигиеническим требованиям по (1.1):

;

.

Фактический температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции не превышает нормативного (по п.8 настоящего расчета) t^н = 4^оС и санитарно-гигиенические и комфортные условия таким образом обеспечиваются.

15. Коэффициент теплопередачи полученного ограждения k_ф определится по (1.3*):

Задание №1.1.7* для самостоятельного решения

Произвести теплотехнический расчет чердачного перекрытия жилого дома, возводящегося в городе по варианту Задания №1.1.6*. Конструкция перекрытия (от внутренней поверхности к наружной): многопустотная железобетонная плита ( - по Заданию №1.1.5), пароизоляция - битумная мастика плотностью = 1000 кг/м³ и толщиной = 0,003 м, утеплитель - плита минераловатная плотностью = 180 кг/м3 и толщиной (по расчету), стяжка из цементно-песчаного раствора плотностью = 1800 кг/м³ и толщиной = 0,05 м. Влажностный режим помещений - нормальный.

1. Согласно карте зон влажности (рис.1.1.7) г. Тверь находится в нормальной зоне влажности (зона 2).

2. Для нормального влажностного режима помещений (по условию) и нормальной климатической зоны влажности условия эксплуатации категорируются (табл.1.1.6) литерой А.

Таблица 1.1.7 Расчетные теплотехнические показатели строительных материалов (извлечение из табл. Т.1 приложения Т СП 50.13330.2012)

Материал	Характеристики материалов в сухом состоянии	Расчетные коэффициенты материалов при условиях эксплуатации конструкций А и Б
	плотность,	теплопро-водность ,	теплопроводность ,	теплоусвоение (при периоде 24 ч) s, Вт/м2.0С	паропроница-емость м,
			А	Б	А	Б	А, Б
1	2	3	4	5	6	7	8
25.Плиты минераловатные из каменного волокна	180	0,038	0,045	0,048	0,74	0,81	0,30
199.Железобетон	2500	1,69	1,92	2,04	17,98	18,95	0,03
201.Раствор цементно-песчаный	1800	0,58	0,76	0,93	9,6	11,09	0,09
220.Битумная мастика	1000	0,17	0,17	0,17	4,56	4,56	0,008

3. Теплопроводность примененных материалов, соответствующая литере А, составляет (табл.1.1.7):

л₂ = 0,17 Вт/м.^оС;

л₃ = 0,045 Вт/м.^оС;

л₄ = 0,76 Вт/м.^оС.

4. Климатические параметры холодного периода года для г. Тверь составляют (табл.1.1.9):

* температура воздуха наиболее холодной пятидневки t_{н(хп, 0,92)} = - 29^оС;

* средняя температура воздуха периода со средней суточной температурой воздуха ? 8^оС - t_от= - 3^оС;

* продолжительность отопительного периода z_оп = 218 сут.

5. Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции согласно табл.1.1.4 для стен, полов и гладких потолков = 8,7 Вт/м².^оС.

6. Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности чердачного перекрытия согласно табл.1.1.4 = 12 Вт/м².^оС.

7. Температура внутреннего воздуха (табл.1 ГОСТ 30494-96) tв = 20^оС.

8. Нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности чердачного перекрытия, обеспечивающий требуемые санитарно-гигиенические и комфортные условия (табл.1.1.8), t^н = 3^оС.

9. По (1.1.31) рассчитываем количество градусо-суток отопительного периода ГСОП:

ГСОП = (t_в - t_от)z_от = (20 - (- 3))·218 = 5014 ^оС.сут.

10. По формуле (т.10) табл.1.1.10 рассчитываем базовое значение требуемого сопротивления теплопередаче конструкции чердачного перекрытия (с учетом а = 0,00045 и b = 1,9) :

.

11. Нормируемое значение термического сопротивления определяется по (1.1.30) и при m_p = 1 составляет:

.

12. Термическое сопротивление по (1.1.13) составляет:

решим полученное уравнение относительно д₃ :

,

и принимаем толщину слоя пенополистирола равной д₂ = 0,175 м (при условии, что такой типоразмер доступен и его применение дешевле, чем применение д₂ = 0,18 м).

13. Фактическое термическое сопротивление перекрытия составляет:

и, таким образом, условие соответствия фактического сопротивления теплопередаче R_ф нормативному выполнено:

> .

14. Проверим полученную величину фактического термического сопротивления на соответствие санитарно-гигиеническим требованиям по (1.1.1):

;

.

Фактический температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции не превышает нормативного (по п.8 настоящего расчета) t^н = 3^оС и санитарно-гигиенические и комфортные условия таким образом обеспечиваются.

Задание №1.1.8 для самостоятельного решения

Проверить возможность выпадения конденсата на внутренней поверхности наружной стены жилого здания, рассмотренной в Задании №1.1.6.

- Конструкция стены жилого здания состоит из трех слоев: два слоя керамзитобетона на керамзитовом песке плотностью 1000 кг/м³ толщиной д₁ = 0,25 м и д₃ = 0,10 м, и между ними слой утеплителя из пенополистирола плотностью 38 кг/м³ толщиной д₂ = 0,1м.

- Район строительства - г.Тверь.

- Температура воздуха внутри помещений 20°С.

- Влажностный режим помещений - нормальный, относительная влажность воздуха внутри помещений .

- Условия эксплуатации - А.

- При необходимости принять соответствующее конструктивное решение.

Температура точки росы, °С. для различных значений температур и относительной влажности,%, воздуха в помещении

% влажность / темература °C 40% 4% 50% 55% 60% 65% 70% 75% 80% 8% 90% 95% 20 6,0 7,72 9,28 10,69 12,0 13,22 14,38 15,44 16,44 17,4 18,32 19,18

Значения упругости насыщенного водяного пара Е, Па, для температуры t от 0 до 30,9 °С (над водой)

t, °С	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
20	2338	2352	2366	2381	2396	2412	2426	2441	2456	2471

Соберем исходные расчетные данные:

- Температура наиболее холодной пятидневки (табл.1.1.9);

- Коэффициент теплопроводности керамзитобетона плотностью 1000 кг/м³ при условиях эксплуатации А - (табл.1.1.7);

- Коэффициент теплопроводности пенополистирола плотностью 38 кг/м³ при условиях эксплуатации А - (табл.1.1.7);

- Максимальная упругость водяного пара при 20°С (табл.1.1.12) =2338 Па;

- Сопротивление теплопередаче от внутренней поверхности стены в воздух .

1. Рассчитаем фактическое сопротивление теплопередаче стенки по (1.1.13):

,

2. Рассчитаем температуру внутренней поверхности ограждения по (1.1.32):

=18,22 °С,

3. Рассчитаем действительную упругость водяного пара по (1.1.34):

=1403 Па.

4. Рассчитаем температуру точки росы по (1.1.33):

= 20,1 - 11,92 °С.

5. Сравнивая и видим, что = 18,22 > = 11,92^оС и это значит, что конденсация на внутренней поверхности стены не будет происходить даже при -29°С.

6. Рассчитаем температуру внутренней поверхности в углу по (1.1.35):

= 18,22 - (0,18 - 0,036·3,16).(20 - (-29)) = 14,97 °С,

т.е. температура в углу помещения 14,97°С также выше точки росы 11,92 °С и здесь конденсация водяных паров происходить не будет.

Задание №1.1.9 для самостоятельного решения

В кирпичной стене, сложенной из пустотного кирпича, толщина которой (), на всю её толщину выполнен железобетонный пояс (рис.1.1.8, I) высотой а = 0,30м (). Требуется определить температуру и возможность выпадения конденсата на внутренней поверхности стены в месте расположения железобетонного пояса при следующих условиях: - по варианту, = 20⁰С, относительная влажность внутри помещения .

Таблица вариантов к заданию №1.1.9

	Номер варианта
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
, м	0,51 м	0,78 м
,0С	-15	-20	-25	-30	-35	-25	-30	-35	-40	-45

Значения коэффициента

Схема теплопроводного включения	Коэффициент при
	0,1	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	1,5	2,0
I	0,52	0,65	0,79	0,86	0,90	0,93	0,95	0,98

1. Определяем по (1.1.13) термическое сопротивление сплошной кирпичной стенки за пределами теплопроводного включения :

.

2. Определяем термическое сопротивление стенки в месте теплопроводного включения

.

3. Для определения по (1.1.36) требуется предварительно найти величину . По табл.1.1.13 для схемы I при соотношении = 0,3/0,78 = 0,39 интерполяцией находим = 0,78.

4. По (1.1.36) находим температуру поверхности, содержащей теплопроводное включение:

==

= 20 - 3,81х2,49 =20 - 9,49 = 10,51⁰С.

5. По (1.1.15) находим температуру на глади стены за пределами теплопроводящего включения :

⁰С.

6. Разница между температурой глади стены и температурой стены в районе теплопроводного включения составляет 16,19 - 10,51 = 5,68⁰С.

7. По табл.1.1.11 находим, что точка росы для температуры 20⁰С при относительной влажности 60% равна 12⁰С. При такой температуре точки росы на поверхности стены в районе теплопроводного включения, где температура 10,51⁰С, неизбежно выпадение конденсата.

Задание №1.1.10 для самостоятельного решения

В кирпичной стене, сложенной из пустотного кирпича, толщина которой (), в теле кирпичной кладки с внешней стороны выполнен железобетонный пояс высотой а = 0,30м и глубиной с (). Требуется определить температуру и возможность выпадения конденсата на внутренней поверхности стены в месте расположения железобетонного пояса при следующих условиях: = по варианту, = 20⁰С, относительная влажность внутри помещения . Рассмотреть последствия повышения температуры воздуха внутри помещения и повышения его относительной влажности.

Таблица вариантов к заданию №1.1.10

	Номер варианта
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
, м	0,51 м	0,78 м
с, м	0,25 м	0,38 м
,0С	-15	-20	-25	-30	-35	-25	-30	-35	-40	-45

1. Определяем по (1.1.13) термическое сопротивление сплошной кирпичной стенки за пределами теплопроводного включения :

.

2. Определяем по (1.1.13) термическое сопротивление стенки в месте теплопроводного включения

.

3. Для определения по (1.1.36) требуется предварительно найти величину . По табл.1.1.13 для схемы IY при соотношениях = 0,3/0,78 = 0,39 и = 0,38/0,78 = 0,49 находим интерполяцией:

- для = 0,39 при =0,25: =0,45 - ;

- для = 0,39 при =0,50: =0,57 - ;

- для = 0,39 при =0,49: =0,56 - .

4. По (1.1.36) находим температуру поверхности, содержащей теплопроводное включение:

==

= 20 - 3,808х1,315 =20 - 5,101 = 14,9⁰С.

5. По (1.1.15) находим температуру на глади стены за пределами теплопроводящего включения:

⁰С.

6. Разница между температурой глади стены и температурой стены в районе теплопроводного включения составляет 16,19 - 14,9 = 1,29⁰С.

7. По табл.1.1.11 находим, что точка росы для температуры 20⁰С при относительной влажности 60% равна 12⁰С. При такой температуре точки росы ни на основной глади поверхности стены, где температура 16,19⁰С, ни на поверхности стены в районе теплопроводного включения, где температура 14,9⁰С, конденсат выпадать не будет.

8. Анализ табл.1.1.11 показывает, что повышение относительной влажности до 75% при неизменной температуре 20⁰С поднимает точку росы до 15,44⁰С; также и кратковременное повышение при неизменной влажности 60% температуры внутри помещения до 24⁰С поднимает точку росы до 15,76⁰С. В обоих случаях создадутся возможности для конденсации пара на поверхности, содержащей теплопроводное включение.

Задание №1.1.11 для самостоятельного решения

В кирпичной стене, сложенной из пустотного кирпича, толщина которой (), в теле кирпичной кладки с внутренней стороны выполнен железобетонный пояс высотой а = 0,30м и глубиной с (). Требуется определить температуру и возможность выпадения конденсата на внутренней поверхности стены в месте расположения железобетонного пояса при следующих условиях: = по варианту, = 20⁰С, относительная влажность внутри помещения = 60%. Рассмотреть последствия повышения температуры и относительной влажности воздуха внутри помещения.

Таблица вариантов к заданию №1.1.11

	Номер варианта
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
, м	0,51 м	0,78 м
с, м	0,25 м	0,38 м
,0С	-15	-20	-25	-30	-35	-25	-30	-35	-40	-45

1. Определяем по (1.1.13) термическое сопротивление сплошной кирпичной стенки за пределами теплопроводного включения :

.

2. Определяем термическое сопротивление стенки в месте теплопроводного включения

.

3. Для определения по (1.1.36) требуется предварительно найти величину . По табл.1.1.13 для схемы III при соотношениях = 0,3/0,78 = 0,39 и = 0,38/0,78 = 0,49 находим интерполяцией:

- для = 0,39 при =0,25: =2,72 + ;

- для = 0,39 при =0,50: =1,97 + ;

- для = 0,39 при =0,49: =1,985+ .

4. По (1.1.36) находим температуру поверхности, содержащей теплопроводное включение:

==

= 20 - 3,808х2,14 =20 - 8,16 = 11,84⁰С.

5. По (1.1.15) находим температуру на глади стены за пределами теплопроводящего включения:

⁰С.

6. Разница между температурой глади стены и температурой стены в районе теплопроводного включения составляет 16,19 - 11,84 = 4,35⁰С.

7. По табл.1.1.11 находим, что точка росы для температуры 20⁰С при относительной влажности 60% равна 12⁰С. При такой температуре точки росы на основной глади поверхности стены, где температура 16,19⁰С, конденсата выпадать не будет. А на поверхности стены в районе теплопроводного включения, где температура 11,84⁰С, конденсат будет выпадать.

8. Анализ табл.1.1.11 показывает, что повышение относительной влажности до 65% при неизменной температуре 20⁰С поднимает точку росы до 13,22⁰С; кратковременное же повышение при неизменной влажности 60% температуры внутри помещения даже на 1⁰С поднимает точку росы до 12,94⁰С. Одновременное повышение влажности до 65% и температуры до 21⁰С поднимает точку росы до 14,17⁰С. Во всех трех случаях создаются дополнительные условия для выпадения конденсата на поверхности стены, содержащей теплопроводное включение.

Задание №1.1.12 для самостоятельного решения

Проверить в отношении защиты от переувлажнения конструкцию многослойной стены жилого здания, рассмотренную в Задании №1.1.6. За плоскость конденсации принять наружную плоскость утеплителя (обращенную к наружной поверхности стены).

Таблица 1.7 Расчетные теплотехнические показатели строительных материалов (извлечение из табл. Т.1 приложения Т СП 50.13330.2012)

Материал	Характеристики материалов в сухом состоянии	Расчетные коэффициенты материалов при условиях эксплуатации конструкций А и Б
	плотность,	теплопро-водность ,	теплопроводность ,	теплоусвоение (при периоде 24 ч) s, Вт/м2.0С	паропроница-емость м,
			А	Б	А	Б	А, Б
1	2	3	4	5	6	7	8
Теплоизоляционные материалы
1.Плиты из пенополистирола	до 10	0,049	0,052	0,059	0,23	0,28	0,05
6.То же	17-20	0,037	0,040	0,046	0,29	0,34	0,05
10.То же	35-38	0,037	0,040	0,046	0,38	0,45	0,05
Конструкционные и конструкционно-теплоизоляционные материалы
105.Керамзитобетон на керамзитовом песке	1800	0,66	0,80	0,92	10,5	12,33	0,09
106.То же	1600	0,58	0,67	0,79	9,06	10,77	0,09
107.То же	1400	0,47	0,56	0,65	7,75	9,14	0,098
108.То же	1200	0,36	0,44	0,52	6,36	7,57	0,11

- Конструкция стены жилого здания состоит из трех слоев: два слоя керамзитобетона на керамзитовом песке плотностью 1400 кг/м³ толщиной д₁ = 0,25 м и д₃ = 0,10 м, и между ними слой утеплителя из пенополистирола плотностью 30-35кг/м³ толщиной д₂ = 0,1м.

- Район строительства - г.Тверь.

- Температура воздуха внутри помещений 20°С.

- Влажностный режим помещений - нормальный, относительная влажность воздуха внутри помещений

- Условия эксплуатации - Б.

Соберем исходные расчетные данные: л₁ = 0,65 Вт/м.^оС;

л₂ = 0,046 Вт/м.^оС;

л₃ = 0,65 Вт/м.^оС.

- Керамзитобетон:

Коэффициент теплопроводности керамзитобетона плотностью 1400 кг/м³ при условиях эксплуатации Б - (табл.1.1.7);

Паропроницаемость 0,098мг/м.ч.Па (табл.1.1.7).

- Пенополистирол:

Коэффициент теплопроводности пенополистирола плотностью = 30-35 кг/м³ при условиях эксплуатации Б - (табл.1.1.7);

Паропроницаемость = 0,05 мг/м.ч.Па (табл.1.1.7).

- Максимальная упругость водяного пара при 21°С (табл.1.1.12) =2338 Па.

- Сопротивление теплопередаче от внутренней поверхности стены в воздух .

1. Для определения расположения в сечении конструкции плоскости максимального увлажнения по (1.1.47) найдем требующиеся параметры.

1.1. Общее сопротивление паропроницанию ограждающей конструкции R_оп , найдем по (1.1.38)

м².ч.Па/мг.

1.2. Сопротивление теплопередаче R_о конструкции определяем по (1.1.13):

.

1.3. Для определения средней температуры и среднего парциального давления наружного воздуха для периода с отрицательными среднемесячными температурами t_н.отр и е_н.отр составим расчетную таблицу для г. Тверь по данным табл. 1.1.16 и 1.1.17

	I	II	III	IY	Y	YI	YII	YIII	IX	X	XI	XII	Год
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Температура, оС	-10,5	-9,4	-4,6	4,1	11,2	15,7	17,3	15,8	10,2	4,0	-1,8	-6,6	3,8
Парциальное давление среднемесяч-ное, гПа	2,8	2,9	3,8	6,1	9,0	12,4	14,7	13,9	10,3	7,1	5,0	3,7	7,6
Суток	31	28	31	30	31	30	31	31	30	31	30	31

Средняя температура наружного воздуха для периода с отрицательными среднемесячными температурами t_н.отр составит:

^оС.

1.4. Парциальное давление водяного пара внутреннего воздуха е_в, при расчетных температуре =20^оС и относительной влажности воздуха в помещении = 60%, определяем по (1.1.34):

Па.

1.5. Для определения среднего парциального давления наружного воздуха для периода с отрицательными среднемесячными температурами е_н.отр воспользуемся составленной выше расчетной таблицей:

гПа = 364 Па.

1.6. Принмаем за плоскость конденсации наружную поверхность утеплителя.

1.7. Построим по (1.1.10) температурное поле по сечению конструкции для условий t_в = 20^оС и температуры наружного воздуха, соответствующей средней температуре периода с отрицательными температурами t_н.отр = - 6,58^оС (рис.1.1.9):

;

^оС;

^оС;

^оС;

^оС.

Таким образом, положение плоскости увлажнения определено и расположена она на расстоянии 0,25 + 0,1 = 0,35 м от внутренней поверхности стены и на расстоянии 0,1 м от наружной.

В данном конкретном случае расположение плоскости по п.8.5 СП 50 практически совпало с традиционным определением (в многослойной конструкции - наружная плоскость слоя теплоизоляции), но могут быть «аномалии».



Рис.1.1.9. К примеру №1.1.12

2. Найдем величину сопротивления паропроницанию ограждающей конструкции в пределах от внутренней поверхности до плоскости максимального увлажнения:

м².ч.Па/мг.

3. Для определения требуемого сопротивления паропроницанию (из условия недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период) по (1.1.44):

найдем соответствующие параметры.

3.1. Парциальное давление водяного пара внутреннего воздуха (Па) при расчетных температуре и относительной влажности воздуха в помещении е_в = 1403 Па ( п.1.4 настоящего расчета, далее - н.р.).

3.2. Для определения по (1.1.46) величины парциального давления насыщенного водяного пара в плоскости максимального увлажнения за годовой период

найдем неизвестные Е_i и z_i.

3.2.1.Продолжительность зимнего периода (месяцы со средними температурами наружного воздуха ниже минус 5^о С) по табл.п.1.3 н.р. = 3 мес.

3.2.2.Средняя температура зимнего периода t_зимн:

^оС.

3.2.3. Температура в плоскости влагонакопления при t_н = t_зимн = - 8,83^оС по (1.1.10):

^оС.

3.2.4. Парциальное давление насыщенного водяного пара в плоскости максимального увлажнения при температуре -9,5^оС по табл.1.1.12 составляет Е₁ = 342Па.

3.2.5.Продолжительность весенне-осеннего периода (месяцы со средними температурами наружного воздуха от минус 5 до плюс 5^о С) по табл.п.1.3 н.р. = 4 мес.

3.2.6.Средняя температура весенне-осеннего периода t_{весн-осн}:

^оС.

3.2.7. Температура в плоскости влагонакопления при t_н = t_{весн-осн} = 0,43^оС по (1.1.10):

^оС.

3.2.8. Парциальное давление насыщенного водяного пара в плоскости максимального увлажнения при температуре 1,77^оС по табл.1.1.12 составляет Е₂ = 694Па.

3.2.9. Продолжительность летнего периода (месяцы со средними температурами наружного воздуха выше плюс 5^о С) по табл.п.1.3 н.р. = 5 мес.

3.2.10.Средняя температура летнего периода t_летн:

^оС.

3.2.11. Температура в плоскости влагонакопления при t_н = t_летн = 14,04^оС по (1.1.10):

^оС.

3.2.12. Парциальное давление насыщенного водяного пара в плоскости максимального увлажнения при температуре 14,45^оС по табл.1.1.12 составляет Е₃ = 1647Па.

3.2.13. Теперь можем по (1.1.46) найти величину парциального давления насыщенного водяного пара в плоскости максимального увлажнения за годовой период:

Па.

3.3. Найдем по (1.1.38) величину сопротивления паропроницанию части ограждающей конструкции, расположенной между наружной поверхностью ограждающей конструкции и плоскостью максимального увлажнения R_пн :

м².ч.Па/мг.

3.4. Рассчитаем по табл.п.1.3.н.р. среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха за годовой период е_н :

3.5. Теперь по (1.1.44) можем рассчитать требуемое сопротивления паропроницанию (из условия недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период):

м².ч.Па/мг.

4. Для определения требуемого сопротивления паропроницанию(из условия ограничения влаги в ограждающей конструкции за период с отрицательными средними месячными температурами наружного воздуха) по (1.1.45):

, м².ч.Па/мг,

найдем соответствующие параметры.

4.1 Продолжительность периода влагонакопления z_о (сут), принимаемая равной периоду с отрицательными средними месячными температурами наружного воздуха в соответствии с таблицей п.1.3. н.р. z_о = 31+28+31= 90 сут.

4.2. Средняя температура наружного воздуха периода влагонакопления (месяцы со средними отрицательными температурами наружного воздуха) t_вн :

^оС.

4.3. Температура в плоскости влагонакопления ф_вн при t_н = t_вн = -6,58^оС

^оС.

4.4. Парциальное давление насыщенного водяного пара в плоскости максимального увлажнения при ф_вн = -4,76^оС по табл.1.1.12 составляет Е_о = 408Па.

4.5. Плотность материала увлажняемого слоя с_w = 30-35 кг/м³.

4.6. Толщина увлажняемого слоя ограждающей конструкции д_w = 0,1м.

4.7. Предельно допустимое приращение влажности в материале увлажняемого слоя Дw (% по массе) за период влагонакопления по табл.15 для пенополистирола Дw = 25%.

4.8. Теперь можем рассчитать по (1.1.45) требуемое сопротивление паропроницанию(из условия ограничения влаги в ограждающей конструкции за период с отрицательными средними месячными температурами наружного воздуха):

4.9. И так как сопротивление паропроницанию ограждающей конструкции в пределах от внутренней поверхности до плоскости максимального увлажнения превышает, как величину требуемого сопротивления паропроницанию из условия недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период, так и требуемого сопротивления паропроницанию из условия ограничения влаги в ограждающей конструкции за период с отрицательными средними месячными температурами наружного воздуха

R_n = 4,55 м².ч.Па/мг > =1,97 м².ч.Па/мг ;

R_n = 4,55 м².ч.Па/мг > =0,242м².ч.Па/мг ,