Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

Кафедра физики

Дисциплина: строительная теплотехника

Курсовая работа

Расчет тепловой защиты помещения

Выполнил: Ст. гр. СЗПГСувт 2,5

Самойлов С. М.

Руководитель Фадеев А. Н.

Санкт-Петербург 2015



Оглавление

Введение

1. Выборка исходных данных

2. Определение точки росы

3. Определить нормы тепловой защиты

4. Расчет толщины утеплителя

5. Проверка внутренней поверхности ограждения на выпадение росы

6. Проверка на выпадение росы в толще ограждения

7. Проверка влажностного режима ограждения

8. Проверка ограждения на воздухопроницание

Заключение

Список использованной литературы



Введение

Теплотехнический расчет толщины ограждающей конструкции является обязательным разделом при выполнении любого курсового проекта по архитектуре, а также архитектурно-конструктивной части выпускной работы и дипломного проекта для студентов направления 08.03.01 «Строительство».

В последние годы в нашей стране особенно остро встала проблема экономии топливно-энергетических ресурсов. В связи с этим возросли требования к эффективности строительных материалов и конструкций, позволяющих обеспечить более высокое сопротивление теплопередаче и, соответственно, меньшие затраты на отопление. Появилась острая необходимость использования многослойных ограждений с эффективными утеплителями, а также новых строительных материалов, обладающих низкими коэффициентами теплопроводности, что позволяет улучшить теплотехнические качества, уменьшить толщину стены и сэкономить на материалах.

утеплитель теплотехнический роса ограждение



1. Выборка исходных данных

1.1 Климат местности

Пункт строительства - Архангельск.

Промышленное здание, h=5 м.

Среднемесячные температуры (в соответствии со СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика»), упругости водяных паров воздуха и максимальное значение амплитуды колебания воздуха

Таблица 1

Среднемесячные температуры

Величина	Месяц
	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
tн, оС	-12,5	-12,0	-8,0	-0,6	5,6	12,3	15,6	13,7	8,1	1,4	-4,5	-9,8
ен, Па	260	250	300	480	690	1080	1360	1300	970	650	450	320
Аtн, оС	22,4	21,6	23,1	21,1	20,1	19,1	19,5	18,7	14,7	16,3	16,0	22,0

1. 2. Температура воздуха, ^о С:

средняя наиболее холодной пятидневки -31,0

средняя отопительного периода -4,7

1. 3. Продолжительность периодов, сут:

влагонакопления 179

отопительного 272

1.4. Повторяемость [П] и скорость [v] ветра

Таблица 2

Месяц	Характеристика	Румб
		С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ
Январь	П, %	7	6	13	19	15	20	12	8
	v, м/с	3,6	3,2	4,2	4,9	5,1	5,9	6,6	6,2
Июль	П, %	19	16	15	11	8	9	7	15
	v, м/с	4,6	4,0	4,0	3,8	3,5	4,3	4,7	4,8

1.2 Параметры микроклимата помещения

1. Назначение помещения - Промышленное.

2. Температура внутреннего воздуха t_в = 20 ^о С

3. Относительная влажность внутреннего воздуха ц_в= 53%

4. Разрез ограждения стены:

1 - сухая штукатурка

2 - керамзитобетон (1800 кг/м³)

3 - маты стекловолокнистые прошивные (150 кг/м³)

4 - воздушная прослойка - не вентилируемая (поскольку толщина 40 мм - по СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты здания», п.п. 8.13 и 8.14)

5- кирпич глиняный на цементно-песчаном растворе (1800 кг/м³)

1.3 Теплофизические характеристики материалов

Характеристики материалов зависят от их эксплуатационной влажности. На нее влияют влажность воздуха в помещении и на улице, которым надо дать оценку.

1. Влажностный режим помещения - нормальный режим

2. Зона влажности - влажная зона

3. Влажностные условия эксплуатации ограждающей конструкции - Б

4. Характеристики материалов ограждающей стены

Таблица 3

№ слоя	Материал слоя	№ поз. по прил.3	Плотность со, кг/м3	Коэффициенты
				Теплопроводности л, Вт/(м·0С)	Паропроницания м, мг/(м·ч·Па)
11	Сухая штукатурка	83	800	0,21	0,075
22	Керамзитобетон	17	1800	0,92	0,090
33	Маты стекловолокнистые прошивные	141	150	0,07	0,53
44	Воздушная прослойка	-	1,225	-	?
55	Кирпич глиняный на цементно-песчаном растворе	84	1800	0,81	0,11

Термическое сопротивление невентилированной воздушной прослойки R4=0,165 м²·⁰С/Вт, паропроницание м=?, мг/(м·ч·Па).



2. Определение точки росы

2.1 Упругость насыщающих воздух водяных паров (по прил. 1)

Е_в= 2338 Па

2.2 Фактическая упругость водяных паров

е_в = = = 1239 Па

2.3 По прил. 1 находим температуру точки росы t_р

t_р = 10,2 ^о С



3. Определить нормы тепловой защиты

Для расчета толщины утепляющего слоя необходимо определить сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции исходя из требований санитарно-технических норм R_oc и энергосбережения R_оэ.

3.1 Определение нормы тепловой защиты по условию энергосбережения

1. Определить градусо-сутки отопительного периода:

ГСОП=Х=(t_в-t_от)·z_от, ^о С·сут.

где t_в - расчетная температура внутреннего воздуха, ^о С;

t_от - средняя температура отопительного периода, ^о С;

z_от - продолжительность отопительного периода, сут.

ГСОП=Х=(20-(-4,7))•272= 6718,4 ^о С·сут.

2. Нормативное значение приведенного сопротивления теплопередачи по условию энергосбережения определяются в зависимости от назначения ограждающей конструкции, условий эксплуатации и градусо-суток отопительного периода:

R_оэ= R+в•Х, м²·^оС/Вт,

R_оэ= 1,0+0,0002•6718,4=2,344 м²·^оС/Вт



3.2 Определение норм тепловой защиты по условиям санитарии

1. Нормативный перепад между температурой воздуха в помещении и температурой на внутренней поверхности ограждающей конструкции

Дt_н=t_в-t_р=20-10,2=9,8 ^оС,

принимаем по СНиП 2-3-79* для производственных помещений с нормальным режимом, табл. 2: Дt_н=7 ^оС.

2. Корректирующий множитель n, учитывающий степень контактности ограждения с наружным воздухом.

n= 1

3. Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхностью ограждающей конструкции:

б_в= 8,7 Вт/(м²•^оС)

4. Нормативное сопротивление теплопередачи по условию санитарии:

R_ос=, м²· ^оС /Вт

где t_н - расчётная температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки t_х5, ^о С.

R_ос==0,837 м²• ^оС/Вт



3.3 Норма тепловой защиты

Принимаем наибольшее из R_ос и R_оэ: R_оэ>R_ос

=R_оэ=2,344 м²• ^оС/Вт



4. Расчет толщины утеплителя

4.1 Коэффициент теплоотдачи наружной поверхностью ограждения внешней среде

б_н= 23 Вт/(м²•^оС)

4.2 Сопротивление теплообмену

- на внутренней поверхности: R_в= = = 0,115 м²• ^оС/Вт

- на наружной поверхности: R_н=== 0,043 м²• ^оС/Вт

4.3 Термические сопротивления слоев с известными толщинами

R_i= , м²• ^оС/Вт

- для сухой штукатурки:

R₁ = =0,038 м²·^оС/Вт

- для керамзитобетона:

R₂ = =0,217 м²• ^оС/Вт

- для невентилируемой воздушной прослойки:

R₄ = 0,165 м²• ^оС/Вт

- для кирпича глиняного на цементно-песчаном растворе:

R₅ = =0,148 м²• ^оС/Вт

4.4 Минимально допустимое термическое сопротивление утеплителя

=- (R_в+R_н+?R_{i из}), м²• ^оС/Вт,

где ?R_iиз - суммарное сопротивление слоев с известными толщинами.

=2,344-(0,115+0,043+0,038+0,217+0,165+0,148)=1,618 м²•^оС/Вт

4.5 Толщина утепляющего слоя

= л_ут•=0,07•1,618= 0,114 м

4.6 Округленное унифицированное значение утеплителя:

= 0,120 м

4.7 Термическое сопротивление утеплителя (после унификации)

R_ут=R₃=== 1,714 м²• ^оС/Вт



4.8 Общее термическое сопротивление ограждения с учётом унификации

R_o=R_в + R_н + R_ут + ?R_1,4,

R_o=0,115+0,043+1,714+0,038+0,217+0,165+0,148=2,44 м²• ^оС/Вт



5. Проверка внутренней поверхности ограждения на выпадение росы

5.1 Температура на внутренней поверхности ограждения

ф_в = t_в - •R_в= 20 - •0,115=17,6 ^о С

ф_в>t_р

Полученный параметр температуры на внутренней поверхности ограждения соответствует стандарту, в соответствии со СНиП 23.02.2003 «Тепловая защита помещения», и указывает на невозможность выпадения росы на внутренней поверхности ограждения.

5.2 Термическое сопротивление конструкции

R=?R_i=R₁+R₂+R_ут+R₄+R₅=0,038+0,217+1,714+0,165+0,148=2,282м²•К/Вт

5.3 Температура в углу стыковки наружных стен

ф_у=ф_в - (0,175 - 0,039•R)•(t_в - t_н)

при R= 2,2 м²• ^оС/Вт

ф_у=17,6 - (0,175 - 0,039•2,2)•(20-(-31))=13,1 ^о С

Сравнив значения ф_у и t_р получим: ф_у>t_р т.е. полученный параметр температуры в углу стыковки наружных стен соответствует стандарту, указанному в СНиП и указывает на невозможность выпадения росы в углу стыковки наружных стен.



6. Проверка на выпадение росы в толще ограждения

6.1 Сопротивление паропроницанию каждого слоя и конструкции в целом

R_п1 === 0,107 м²•ч•Па/мг

R_п2 === 2,222 м²•ч•Па/мг

R_п3== = 0,226 м²•ч•Па/мг

R_п4== = 0 м²•ч•Па/мг

R_п5== = 1,091 м²•ч•Па/мг

И конструкции в целом: R_n=УR_ni=3,646 м²•ч•Па/мг

Вычисляем температуру на поверхности ограждения ф_вI при температуре t_{н =} t_нI самого холодного месяца

ф_вI= t_в - R_{в ;}

ф_вI = 20 - •0,115 = 18,468°С

Максимальная упругость E _в^*, отвечающую температуре ф_вI:

E _в^*=2129 Па

Графики распределения температур и упругостей (см. прилож.2)



7. Проверка влажностного режима ограждения

Период и его индекс	Месяцы	Число мес.	Наружная температура периода, °С	В плоскости конденсации
				t, °С	Е, Па
1- зимний	I, II, III, XII,	4	-10,6	-6,14	365
2 - весенне-осенний	IV, X, XI	3	-1,2	1,89	701
3 - летний	V,VI, VII, VIII, IX	5	+11,1	11,8	1383
0- влагонакоп-ления	I, II, III, IV, XI, XII	6	-7,9	-3,83	445

1. Вычисляем среднегодовую упругость насыщающих водяных паров в плоскости возможной конденсации:

Е = =

2. Определяем среднегодовую упругость водяных паров в наружном воздухе:

е_нг= = = 676 Па

3. Вычисляем требуемое сопротивление паропроницанию внутренних слоев конструкции, при котором обеспечивается не накопление влаги в увлажняемом слое из года в год:

при R_пв = 2,552 м²·ч·Па/мг; R_пн = 1,091 м²·ч·Па/мг

R_пв^тр-1 = R_пн =•1,091 = 2,03 м²·ч·Па/мг

R_пв>R_пв^тр-1

Располагаемое значение сопротивления паропроницанию внутренних слоев больше требуемого, что соответствует требованиям.

4. Определяем среднюю упругость водяных паров в наружном воздухе для периода влагонакопления.

е_о= = = 343 Па

- среднемесячные упругости для месяцев, имеющих температуры t_н ? 0 °С (для периода влагонакопления)

- число таких месяцев в периоде

5. Вычисляем требуемое сопротивление паропроницанию внутренних слоев конструкции, ограничивающих приращение влажности в допустимых пределах.

R_пв^тр-2 = ==

R_пв^тр-2 = 13,06 м²·ч·Па/мг

где - толщина увлажняемого слоя, м;

z₀- продолжительность периода влагонакопления (п.3 подразд 1.1),ч;

- плотность увлажняемого материала;

- допустимое приращение средней влажности, %

R_пв^тр-2 > R_пв

Конструкция не отвечает требованиям по паропроницанию.

Дефицит пароизоляции:

R_пв^тр-2 - R_пв=13,06-2,552=10,51 м²·ч·Па/мг

Слой утеплителя (№3) необходимо изолировать дополнительно 2-мя слоями (0,16 мм) полиэтиленовой плёнки (№14, прил. 11 [1, с. 27]):

7,3х2= 14,6 м²·ч·Па/мг - дефицит сопротивления паропроницанию восполнен.



8. Проверка ограждения на воздухопроницание

1. Определяем плотность воздуха в помещении с_в, кг/м^3, при заданной температуре t_в, и с_н на улице при температуре самой холодной пятидневки по формуле:

с =,

где µ - молярная масса воздуха, 0,029 кг/моль;

Р - барометрическое давление, 101·10³ Па;

R - универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/(моль·К);

Т - температура воздуха, К.

с_в == 1,203 кг/м³

с_н == 1,456 кг/м³

2. Тепловой перепад давления:

?Р_т = 0,56·(с_н - с_в)·g·H,

где g - ускорение свободного падения, равная 9,81 м/с²,

Н - высота здания, м

?Р_т = 0,56·(1,456 - 1,203)·9,81·5 = 6,949 Па

3.Расчетная скорость ветра (из тех румбов за январь месяц, на которых повторяемость ветра составляет 16% и более):

v_max= 5,9 м/с

4. Ветровой перепад давления, Па:

?Р_в= 0,3·с_н·v²

?Р_в= 0,3·1,456·(5,9)² = 15,205 Па

Суммарный перепад действующий на ограждение:

?Р = ?Р_т + ?Р_в

?Р = 6,949 + 15,205 = 22,154 Па

5. Допустимая воздухопроницаемость ограждения:

G^н = 1,0 кг/(м²·ч)

6. Требуемое сопротивление инфильтрации

R_и^тр = = = 22,154 м²·ч·Па/кг

7. Сопротивление воздухопроницанию каждого слоя

Таблица 5

Номер слоя	Материал	Толщина слоя, мм	Пункт прил.9	Сопротивление Rиi, м2·ч·Па/кг
1	Сухая штукатурка	8	20	16
2	Керамзитобетон	200	35	390
3	Маты стекловолокнистые прошивные	120	-	0
4	Воздушная прослойка	40	-	0
5	Кирпич глиняный на цементно-песчаном растворе	120	6	2

8. Располагаемое сопротивление воздухопроницанию, м²·ч·Па/кг:

R_и = ?R_иi=16+390+2=408 м²·ч·Па/кг

R_и >R_и^тр т.е. конструкция отвечает требованиям по воздухопроницанию.



Заключение

Расчет выполнен для наружной стены многослойной конструкции производственного здания с утеплителем из стекловолокнистых прошивных матов для нормального влажностного режима помещения и условия эксплуатации ограждающих конструкций «Б» при температурах наружного воздуха

t_ext = -31 ^о С. Расчетная температура внутреннего воздуха - t_int = +20 ^о С.

Была определена требуемая толщина утепляющего слоя в конструкции, которая составила 120 мм. Общая толщина ограждения составила 488 мм с общим сопротивление теплопередаче R_о = 2,44 м²·^оС/Вт и норма тепловой защиты: = 2,344 м²·^оС/Вт.

Коэффициент теплоотдачи:

К = = 0,410 Вт/^оС·м²

Масса 1м² ограждения:

у = ?с_i·д_i = 800Ч0,008+1800Ч0,200+150Ч0,120+1,225Ч0,040+1800Ч0,120 = 600,449 кг/м²

Действующий перепад давления:

?Р = 22,154 Па

Методика расчетов принята в соответствии с требованиями СП-23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты здания» и СНиП II-3-79* «Строительная теплотехника».

Результаты расчетов показывают, что конструкция будет отвечать требованиям по тепловой защите, влажностному режиму поверхности с дополнительной пароизоляцией слоя утеплителя 2-мя слоями полиэтиленовой плёнки (толщина 0,16 мм), а также по инфильтрации.



Список использованной литературы

1. СНиП II-3-79*. Строительная теплотехника/ Минстрой России. М., 1995. 28 с.

2. СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика. М.: Строиздат, 1983. 136 с.

3. Фокин К.Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий. М.: Строиздат, 1973. 240 с.

4. Методическое пособие. Расчет тепловой защиты помещения. М.: СПбГАСУ, 2012. 20 с.

5. СП-23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты здания».

Размещено на Allbest.ru