Теплотехнический расчет 6-этажного банка, расположенного в г. Слуцке (Минская область)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Общие сведения

Целью данного курсового проекта является практическое закрепление теоретических знаний, полученных при изучении дисциплины «Строительная теплофизика», на примере выявления теплотехнических качеств ограждающих конструкций:

1) наружной стены;

2) чердачного перекрытия;

3) перекрытия над техническим подпольем;

4) заполнения световых проемов.

В данной курсовой работе предстоит решить следующие задачи:

1) расчет сопротивления теплопередаче и определение толщины теплоизоляционных слоев;

2) расчет минимальной температуры внутренней поверхности наружной стены при заданном показателе неравномерности теплоотдачи отопительных приборов;

3) теплотехнический расчет оконного заполнения;

4) теплотехнический расчет наружных дверей;

5) расчет сопротивления паропроницанию ограждений;

6) построение графиков тепловлажностного режима наружных ограждений и уточнение величины действительного сопротивления паропроницанию;

7) теплотехнический расчет ограждающих конструкций технического подполья.

По заданию на курсовую работу был предоставлен 6-этажный банк в г. Слуцке Минской области с расчетными параметрами внутреннего воздуха: t_в = = 20°С и ц_в = 55%. Комбинация исходных данных получилась следующей:

Общественное - Г97 - 6 - С21 - П10 - ПТП11 - У45 - О19.

Наружная стена в соответствии с рисунком 1 представляет собой кладку из блоков с наружным утеплением, состоящей из 3 слоев:

1) газосиликата - плотностью с₁ = 1000 кг/ м³, толщиной д₁ = 300 мм;

2) утеплителя;

3) цементно-песчаной штукатурки - плотностью с₃ = 1800 кг/м³, толщиной д₃ = 10 мм.

Рис. 1 - Конструкция наружной стены

Чердачное перекрытие с кровлей из рулонных материалов в соответствии с рисунком 2, который состоит из 4 слоев:

1) железобетона (конструкция - многопустотная железобетонная плита) - толщиной д₁ = 260 мм;

2) утеплителя;

3) цементно-песчаной стяжки - толщиной д₃ = 10 мм;

4) затирки из сложного раствора - толщиной д₄ = 10 мм.



Рис. 2 - Конструкция чердачного перекрытия

Конструкция перекрытия над техническим подпольем в соответствии с рисунком 3 состоит из 4 слоев:

1) железобетона (железобетонная плита перекрытия) - толщиной д₁ = = 260 мм;

2) утеплителя;

3) еловых лаг - размером 80х80;

4) еловых досок - толщиной д₄ = 30 мм.

Рис. 3 - Конструкция перекрытия над техническим подпольем

Для теплотехнического расчета ограждающих конструкций технического подполья понадобятся площади и сопротивления теплопередаче ограждений технического подполья, которые сведем в таблицу 1.



Таблица 1 - Площади ограждений технического подполья

Наименование ограждения	Обозначение величины	Единица измерения	Значение величины
Наружные стены выше уровня земли	FНС	м2	7·(12+0,1·2) -8,37=77,03
Наружные стены ниже земли	FНСП	м2	7·(12+0,1·2)=85,4
Пол технического подполья	FПП	м2	2,5·(12+0,1·*2)2=372,1
Перекрытие над техническим подпольем	FПТП	м2	2,5·(12+0,1·2)2=372,1
Окна технического подполья	FОТП	м2	6х1,2х0,9
Наружная дверь	FДН	м2	1х2,1х0,9

Примечания.

1) N = 2 - последняя цифра номера зачетки;

2) Объем технического подполья V_п = 5·(12+0,1·2)² = 744,2 м³.

Также для расчетов понадобятся длины трубопроводов в техническом подполье, которые возьмем исходя из варианта задания курсовой работы.

Таблица 2 - Длины трубопроводов в техническом подполье

Вариант	Длина трубопровода li, м, с температурой теплоносителя
	90єС	70єС	50єС
	для условного диаметра dу, мм
	50	50	40	32	25	20	15	40	32	25	20	15
ПТП11	14,1	13,8	18,2	10,8	23,0	18,0	41,5	2,2	2,5	16,4	9,4	22,1

В качестве утеплителя принимаются плиты пенополиуретановые плотностью с₂ = 40 кг/м³.

Окна в соответствии с рисунком 4 взяты с материалом коробок и створок «Lg» L-700 и маркой стеклопакета 4-Аr16-И4-Аr16-И4.



Рис. 4 - Конструкция окна

При выполнении курсовой работы следует руководствоваться действующими нормативными документами: ТКП 45-2.04-43-2006 [1] и СНБ 2.04.02-2000 [2].



1. Выбор расчетных параметров наружного и внутреннего воздуха

Расчетные параметры наружного воздуха для г. Слуцка (Минской области) выбираются согласно таблицы 3.1 [2] и сводятся в таблицу 1.1. Некоторые параметры, которые не указаны в таблице 3.1 [2], принимаются для ближайшего расположенного населенного пункта, чьи параметры присутствуют в таблице 3.1 [2], а именно - г. Марьина Горка.

Таблица 1.1 - Расчетные параметры наружного воздуха

Наименование параметра	Значение	Источник
Температура наиболее холодных суток обеспеченностью 0,98 , єС	-32	[2, таблица 3.1]
Температура наиболее холодных суток обеспеченностью 0,92 , єС	-28	[2, таблица 3.1]
Температура наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 , єС	-24	[2, таблица 3.1]
Максимальная из средних скоростей ветра по румбам в январе , м/с	4,2	[2, таблица 3.1]
Средняя температура за отопительный период , єС	-0,7	[2, таблица 3.1]
Средняя относительная влажность за отопительный период , %	84	[2, таблица 3.1]

Расчетные параметры внутреннего воздуха для расчетов принимаются по заданию и сводятся в таблицу 1.2, наряду с другими данными согласно таблицы 5.5 [1].

Таблица 1.2 - Расчетные параметры внутреннего воздуха

Наименование параметра	Значение	Источник
Расчетная температура внутреннего воздуха помещений здания , єС	20	задание курсовой работы
Расчетная относительная влажность внутреннего воздуха помещений , %	55	задание курсовой работы
Расчетная температура воздуха в техническом подполье , °С	5	[1, таблица 5.1]
Расчетный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности стены , єС	7	[1, таблица 5.5]
Расчетный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности чердачного перекрытия , єС	5,5	[1, таблица 5.5]
Расчетный перепад между температурой внутреннего воздуха и пола первого этажа , єС	0,8	[1, таблица 5.1]

Исходя из данных таблицы 4.2 [1] и при расчетных условиях в помещений общественного назначения ( 20 єС и = 55%) влажностный режим в здании - нормальный. Условия эксплуатации наружных стен - Б, а для перекрытия над неотапливаемым техподпольем и чердачного перекрытия - А (по примечанию к таблице 4.2 [1].



2. Принятие сопротивлений теплопередаче и определение толщин теплоизоляционных слоев

Приведенное сопротивление теплопередаче наружных ограждающих конструкций R_т должно быть не менее нормативного сопротивления теплопередаче R_т.норм, приведенного в таблице 5.1 [1], за исключением наружных дверей, ворот и ограждающих конструкций помещений с избытками явной теплоты.

Поэтому, исходя из нормативного сопротивления теплопередаче R_т.норм, указанного в таблице 5.1 [1], можно узнать толщину утеплителя, а после рассчитать действительную величину сопротивления теплопередаче всего ограждения.

В работе рассматриваются участки ограждений по глади, т.е. без учета влияния теплопроводных включений.

Приведенное сопротивление теплопередаче теплотехнически однородной ограждающей конструкции (или участка конструкции) R_т, м²·С/Вт, определяется по формуле

где б_в - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м²·єС), принимаемый по таблице 5.4[1];

б_н - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для зимних условий, Вт/(м²·єС), принимаемый по таблице 5.7[1];

m - число слоев ограждения;

R_i - термическое сопротивление i-го слоя, м²·єС/Вт; для замкнутых воздушных прослоек определяемое по приложению Б [1], для слоя конструкции определяемое по формуле

где д_i - толщина слоя, м;

л_i - коэффициент теплопроводности материала слоя конструкции, Вт/(м·єС), определяемый по приложению А [1].

2.1 Теплотехнический расчет наружной стены

Наружная стена в соответствии с рисунком 2.1 представляет собой кладку из блоков с наружным утеплением, состоящей из 3 слоев:

1) газосиликата - плотностью с₁ = 1000 кг/ м³, толщиной д₁ = 300 мм;

2) слой утеплителя из плит пенополиуретановых плотностью с₂ = 40 кг/м³, толщиной д₂ мм;

3) цементно-песчаной штукатурки - плотностью с₁=1800 кг/м³, толщиной д₃=10 мм.

Рис. 2.1 - Конструкция наружной стены



Для последующий расчетов понадобятся данные об используемых материалах - коэффициент теплопроводности л, коэффициент теплоусвоения s, коэффициент паропроницаемости м, принимаемые по приложению А [1]. Сводим их в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 - Теплотехнические характеристики материалов стены

Наименование материала	Плотность с, кг/м3	Расчетные коэффициенты (при условиях эксплуатации Б)
		теплопроводности л, Вт/(м·°С)	теплоусвоения s, Вт/(м2·°С)	паропроницаемости м, мг/(м·ч·Па)
Газосиликат	1000	0,37	5,53	0,11
Плиты пенополиуретановые	40	0,04	0,42	0,05
Цементно-песчаная штукатурка	1800	0,93	11,09	0,09

Следуя формулам (2.1) и (2.2) пункта 2, находим толщину утеплителя д₂, которая будет равна

Из таблицы 5.1 [1] находим, что для наружных стен = 3,20 м²·°С/Вт, а из таблиц 5.4 и 5.7 [1] для наружной стены получаем б_в = 8,7 Вт/(м²·°С) и б_н = 23 Вт/(м²·°С).

Тогда толщина утеплителя составит

Принимаем кратное целому сантиметру значение (с округлением в большую сторону) д₂ = 0,09 м и рассчитаем действительное сопротивление теплопередаче стены по формуле (2.1).



2.2 Теплотехнический расчет чердачного перекрытия

Рис. 2.2 - Конструкция чердачного перекрытия

Принимаем следующие конструкционные слои:

1) железобетон (конструкция - многопустотная железобетонная плита) - толщиной д₁ = 260 мм;

2) слой утеплителя из плит пенополиуретановых плотностью с₂ = 40 кг/м³, толщиной д₂ мм;

3) цементно-песчаная стяжка - толщиной д₃ = 10 мм;

4) затирка из сложного раствора - толщиной д₄ =10 мм.

Из приложения А [1] находим коэффициент теплопроводности л, коэффициент теплоусвоения s, коэффициент паропроницаемости м, и сводим их в таблицу 2.2.



Таблица 2.2 - Теплотехнические характеристики материалов перекрытия

Наименование материала	Плотность с, кг/м3	Расчетные коэффициенты (при условиях эксплуатации А)
		теплопроводности л, Вт/(м·°С)	теплоусвоения s, Вт/(м2·°С)	паропроницаемости м, мг/(м·ч·Па)
Железобетон	2500	1,92	17,98	0,03
Плиты пенополиуретановые	40	0,04	0,40	0,05
Цементно-песчаная стяжка	1800	0,76	9,60	0,09
Затирка из сложного раствора	1700	0,70	8,95	0,098

Железобетонная плита является термически неоднородной конструкцией. Необходимо найти приведенное термическое сопротивление. Производим расчет:

а) Заменим окружность равным по площади квадратом (исходя из соотношения F_окр = F_кв) со стороной:

Вычерчиваем расчетное и характерное сечения:

Рис. 2.3 - Характерное (а) и расчетное (б) сечение



б) Плоскостями, параллельными тепловому потоку, разбиваем на однородные участки, которые могут быть однородными (из одного материала) и неоднородными, и вычисляем термическое сопротивление по формуле:

где F_i - площадь отдельных участков, м²;

R_i - термическое сопротивление данных участков, м²· ^oC/Вт:

- для однородных участков:

- для неоднородных:

Для данной конструкции: участок 1 является неоднородным, его сопротивление будет складываться из термического сопротивления железобетона суммарной толщиной д₁^ґ = 50 + 50 = 100 мм и термического сопротивления воздушной прослойки. Согласно таблицы Б.1 [1] для прослойки термическое сопротивление будет равно R_3ВП = 0,15 м²·^oC/Вт. Вычисляем:

Термическое сопротивление однородного участка 2 вычисляем:

Термическое сопротивление параллельно тепловому потоку:

в) Плоскостями, перпендикулярными тепловому потоку, разбиваем на слои (однородные и неоднородные). Для данной конструкции:

Термическое сопротивление слоев I и III одинаково и равно:

Слой II - неоднородный. Разобьем его на два участка:

IIґ - воздушная прослойка с сопротивлением R_IIґ = 0,15 м²·^oC/Вт;

IIґґ - железобетон с термическим сопротивлением:

г) Проверка, превышает ли на 25% :

д) Так как не превышает на 25%, то термическое сопротивление железобетонной плиты вычисляется по формуле:

Из таблицы 5.1 [1] R_т.норм = 6,0 (м²·^oC)/Вт.

Тогда для данного перекрытия имеем (с учетом б_в = 8,7 Вт/(м²·^oC) [1, таблица 5.4] и б_н = 23 Вт/(м²·^oC) [1, таблица 5.7].

Принимаем кратное целому сантиметру значение д₂ = 0,23 м.

Рассчитываем действительное сопротивление теплопередаче совмещенного покрытия:



3. Расчет минимальной температуры внутренней поверхности наружной стены при показателе неравномерности теплоотдачи отопительных приборов m = 0,1

Минимальная температура внутренней поверхности стены ф_в^min, ^oC не должна быть ниже температуры точки росы при расчетных значениях температуры и относительной влажности внутреннего воздуха:

где t_в, t_н и б_в - определенные в пункте 2.1 величины;

t_н - расчетная зимняя температура воздуха, ^oC, принимаемая в зависимости от тепловой инерции стены;

m - коэффициент неравномерности теплоотдачи системы отопления, принимаемый по таблице 6.1 [1]. При центральном водяном отоплении m = 0,1;

- коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности стены, Вт/(м²· ^oC), определяемый согласно пункта 6.5.1 - 6.5.4 [1].

Определяем тепловую инерцию стены по формуле:

где - коэффициент теплоусвоения материала, Вт/(м²· ^oC).

В случае D₁ = 4,48 > 1, коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности будет рассчитываться по формуле:

Так как D = 5,54 (4;7], то в соответствии с таблице 5.2 [1] принимаем за расчетную зимнюю температуру t_н среднюю температуру наиболее холодных трех суток.

Согласно пункту 4.3 [1] среднюю температуру наиболее холодных трех суток следует определять как среднее арифметическое значений температуры наиболее холодных суток и наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92, для г. Слуцк t_х.3с = ? 26 ^oC.

Тогда минимальная температура внутренней поверхности стены составит:

По приложению Ж [6] находим, что при t_в = 20 ^oC и ц_в = 55% температура точки росы составляет t_р = 10,69 ^oC. Так как ф_в^min > t_р, значит конденсации водяного пара внутренней поверхности при центральном водяном отоплении не будет.



4. Теплотехнический расчет оконного заполнителя

Окно ? элемент стеновой или кровельной конструкции, предназначенный для сообщения внутренних помещений с окружающим пространством, естественного освещения помещений, их вентиляции, защиты от атмосферных, шумовых воздействий и состоящий из оконного проема с откосами, оконного блока, системы уплотнения монтажных швов, подоконной доски, деталей слива и облицовок.

Выпускаемые в настоящее время в Республике Беларусь окна должны соответствовать требованиям СТБ 939 ? 2013 «Блоки оконные и дверные балконные. Общие технические условия» [4] по теплофизическим и механическим параметрам, среди которых присутствуют сопротивление теплопередаче и сопротивление воздухопроницанию. Окна изначально комплектуются как минимум двумя рядами уплотняющих прокладок из эластомерных материалов, которые обеспечивают плотное прилегание створки к коробке. Поэтому при получении сертификата соответствия окна должны пройти обязательные испытания, в результате которых получают графические зависимости объёмного и массового расхода воздуха через 1 м² поверхности образца при различных перепадах давления. Основным признаком классификации является объёмное воздухопроницание через 1 м² поверхности образца при перепаде давления на его поверхностях ?р = 100 Па. При этом для каждого класса устанавливаются границы по сопротивлению воздухопроницанию.

Конструкция окна приведена на рисунке 4.1. Материал непрозрачной части - поливинилхлоридный 5-камерный профиль «Lg» системы L-700, с остеклением из двухкамерного стеклопакета марки 4-Аr16-И4-Аr16-И4.



Рисунок 4.1 ? Конструкция окна

4.1 Расчет сопротивления теплопередаче

Сопротивление теплопередаче оконного заполнителя R_ок, м²·^oC/Вт, должно быть не менее нормативного сопротивления теплопередаче R_т.норм = 1,0 м²·^oC/Вт.

Для определения приведенного сопротивления теплопередаче окон воспользуемся формулой:

где F_ок = F_непр + F_св - суммарная площадь окна, м²;

F_непр и F_св - суммарная площадь, соответственно, непрозрачной и светопрозрачной части окна, м²;

R_т.непр и R_т.св - приведенное сопротивление теплопередаче непрозрачной и светопрозрачной части соответственно, м²·^oC/Вт.

Из приложений И и К [6] имеем, что R_непр = 0,91 м²·^oC/Вт и R_св = 1,43 м²·^oC/Вт.

Для удобства сведем расчет в таблицу 4.1:

Таблица 4.1 ? Расчет приведенного сопротивления теплопередаче окна

Номер зоны	Ширина b, м	Высота h, м	Площадь F, м2	R, м2·0С/Вт	F/R, Вт/0С
1	1,17	0,045	0,05265
2	1,17	0,045	0,05265
3	0,045	1,37	0,06165
4	0,045	1,37	0,06165
5	0,53	0,07	0,0371
6	0,53	0,07	0,0371
7	0,07	1,23	0,0861
8	0,07	1,23	0,0861
9	0,53	0,07	0,0371
10	0,53	0,07	0,0371
11	0,07	1,23	0,0861
12	0,07	1,23	0,0861
13	0,02	1,370	0,0274
Итого по непрозрачной части	0,7488	Rнепр = 0,91	0,6814
I	0,39	1,23	0,4797
II	0,39	1,23	0,4797
Итого по светопрозрачной части	0,9594	Rсв = 1,43	1,3719
Итог по окну	1,7082	Rок = 1,14	1,95

Так как R_ок = 1,14 м²·^oC/Вт > R_т.норм = 1,0 м²·^oC/Вт, значит, данная конструкция окна удовлетворяет требованиям [1] по сопротивлению теплопередаче.

4.2 Расчет сопротивления воздухопроницанию окна

Сопротивление воздухороницанию окон R_в, м²·ч/кг, устанавливаемых в жилых, общественных и административных зданиях, должно быть равно требуемому сопротивлению воздухопроницанию R_в.тр, определяемому согласно выражению (4.2) с допустимым отклонением не более +20%:



где G_норм - нормативная воздухопроницаемость ограждения, кг/(м²·ч), принимаемая по табл. 8.1 [1] и равная для окон жилых, общественных и административных зданий G_норм = 10,0 кг/(м²·ч);

?p - расчетная разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждения, Па, рассчитываемая по формуле:

где Н - расчетная высота от поверхности земли до устья вытяжной шахты, м;

h - высота от поверхности земли до центра рассматриваемого окна, м;

= 9,81 м/с² - ускорение свободного падения;

- плотность соответственно, наружного и внутреннего воздуха, кг/м³, определяемый по формуле:

где t - расчетная температура воздуха, ^oC, внутреннего согласно таблицы 1.2, наружного - средняя температура наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 таблица 1.1;

- максимальная из средних скоростей ветра по румбам в январе, определенная в пункте 1.1 (таблица 1.1), м/с;

- аэродинамические коэффициенты, соответственно, наветренной и подветренной поверхностей ограждения, согласно приложению 4 [3];

k_i - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте, принимаемый по табл. 6 [3] в зависимости от типа местности и высоты от поверхности земли до центра рассматриваемого окна h.

Для рассчитываемого окна при t_в = 20 ^oC и t_x.5c = - 24 ^oC имеем:

Из приложения 4 [3] принимаем для отдельно стоящих плоских сплошных вертикальных конструкций c_н = + 0,8, c_п = - 0,6. Расчеты по определению требуемого сопротивления воздухопроницанию сведем в таблицу 4.2.

Таблица 4.2 ? Расчет требуемого сопротивления воздухопроницанию окон

Этаж	Н, м	Н, м	, Н/м3	, кг/м3	, м/с	cн cп			, кг/(м2·ч)	, м2·ч/кг
1	21,7	2,5	0,22	1,42	4,2	1,4	0,500	50,20	10	0,293
2		5,5					0,515	43,99		0,269
3		8,5					0,605	39,1		0,248
4		11,5					0,680	33,94		0,226
5		14,5					0,740	28,51		0,201
6		17,5					0,800	23,09		0,175

Рисунок 4.2 ? Фасад здания

Сопротивление воздухопроницанию окон, устанавливаемых в данном здании, может составлять от 100% до 120% от требуемого, т.е. для каждого окна существует диапазон значений сопротивления воздухопроницанию.

Классы устанавливаемых окон по воздухопроницанию выбираются исходя из значений сопротивления воздухопроницанию на границах класса. Данные об устанавливаемых в рассчитываемом здании окнах сведены в таблицу 4.3.

сопротивление теплопередача изоляция подполье

Таблица 4.3 ? Сопротивление воздухопроницанию и классы устанавливаемых окон

Этаж	Требуемое сопротивление воздухопроницанию Rв.тр, м2·ч/кг (при ?р = 10 Па)	Сопротивление воздухопроницанию окон Rв, м2·ч/кг	Классы окон по воздухопроницанию
1	0,293	0,293 - 0,352	В
2	0,269	0,269 - 0,323	В
3	0,248	0,248 - 0,298	В
4	0,226	0,226 - 0,271	В
5	0,201	0,201 - 0,241	В (при сопротивлении воздухопроницанию 0,226 - 0,241 м2·ч/кг) Г (при сопротивлении воздухопроницанию 0,201 - 0,226 м2·ч/кг)
6	0,175	0,175 - 0,210	Г



5. Теплотехнический расчет наружных дверей

В соответствии с пунктом 5.5 [1] сопротивление наружных дверей R_т^дн, м²·^oC/Вт, устанавливаемых отапливаемых зданиях, должно быть не менее 0,6 значения сопротивления теплопередаче наружных стен, определенного по формуле 5.1 при расчетной температуре наружного воздуха равной температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92.

В данном случае при n = 1, t_н = t_х.5с = ? 24 ^oC, ?t_в = ?t_в^нс = 7 ^oC и б_в = 8,7 Вт/( м²·^oC) имеем:



6. Расчет сопротивления паропроницанию ограждений

Расчет тепловлажностного режима необходимо начинать с построения графика распределения температур, максимальных парциальных давлений водяного пара в толще ограждения и парциальных давлений водяного пара.

Расчет производится в следующей последовательности:

Определяем температуру на границе каждого слоя ограждения по следующей формуле:

где q_н.от - средний за отопительный период тепловой поток через ограждение, Вт/м², рассчитываемый по выражению:

где t_н.от - средняя температура наружного воздуха за отопительный период, ^oC;

R_т - действительное сопротивление теплопередаче ограждения, м²· ^oC/Вт;

- термическое сопротивление ограждения от внутренней поверхности до рассматриваемой плоскости, м²· ^oC/Вт.

6.1 Расчет тепловлажностного режима наружной стены

Из таблиц 1.1 и 1.2 имеем t_н.от = - 0,7 ^oC, ц_н.от = 84%, t_в = 20 ^oC, ц_в = 55%.

Из пункта 2.1 сопротивление теплопередаче наружной стены R_ст = 3,23 м²·^oC/Вт.

Средний за отопительный период тепловой поток через наружную стену:

Обозначаем температуру на внутренней поверхности стены, t₁; на поверхности газосиликата, соприкасающегося с утеплителем, t₂; на поверхности утеплителя, соприкасающейся с штукатуркой, t₃ и на наружной поверхности стены, t₄. Рассчитаем данные температуры:

По полученным значениям строим график распределения температур в ограждении (приложение А, линия t).

По таблице Е.1 [1] находим значения максимальных парциальных давлений водяного пара при температурах внутреннего и наружного воздуха и температурах в плоскостях стены (с двумя дополнительными точками 10 ^oC и 5 ^oC) и сводим в таблицу.

Таблица 6.1 ? Значения максимальных парциальных давлений в плоскостях наружной стены

Температура t, 0С	Максимальное парциальное давление водяного пара E, Па
20,00	2338,8
19,26	2234,46
14,07	1606,17
10,00	1228,0
5,00	872,5
-0,36	593,74
-0,42	590,83
-0,70	577,25

По полученным значениям строим график распределения максимальных парциальных давлений водяного пара в стене (приложение А, линия Е).

Парциальное давление водяного пара влажного воздуха в рассматриваемом сечении ограждения, Па, можно определить по выражению:

где е_в - парциальное давление водяного пара внутреннего воздуха, Па, рассчитываемое по формуле:

где ц_в - расчетная относительная влажность внутреннего воздуха, %, определенная в пункте 1;

Е_в - максимальное парциальное давление водяного пара внутреннего воздуха, Па, при расчетной его температуре;

g_н.от - средний за отопительный поток диффундирующего в ограждении водяного пара, мг/(м²·ч), рассчитываемый по формуле:

где е_н.от - среднее за отопительный период парциальное давление водяного пара наружного воздуха, Па, рассчитываемое по выражению:

где ц_н.от - расчетная отопительная влажность наружного воздуха, %, определенная в пункте 2;

Е_н.от - максимальное парциальное давление водяного пара наружного воздуха, Па, при средней температуре за отопительный период;

R_п - сопротивление паропроницанию ограждающей конструкции м²·ч·Па/мг, определяемое по формуле:

где д_i - толщина i-го слоя, м;

м_i - коэффициент паропроницаемости i-го слоя, мг/(м·ч·Па), принимаемый в соответствии с таблицей А.1 [1];

R_пв, R_пн - сопротивление паропереходу соответственно у внутренней и наружной поверхности ограждения, м²·ч·Па/мг;

- сопротивление паропроницанию слоев ограждения от внутренней поверхности до рассматриваемой плоскости, м²·ч·Па/мг.

Ввиду незначительности R_пв и R_пн по сравнению с величиной сопротивления паропроницания ограждения, этими величинами можно пренебречь.

Для нахождения парциальных давлений водяного пара найдем парциальные давления водяных паров внутреннего и наружного воздуха, а так же сопротивление паропроницанию наружной стены:

Тогда средний за отопительный период поток диффундирующего в наружной стене водяного пара:

Рассчитаем парциальные давления водяного пара в плоскостях, принятых для нахождения температуры:

По полученным значениям строим график распределения парциальных давлений водяного пара в наружной стене (приложение А, линия е).

Сопротивление паропроницанию ограждающей конструкции в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации R_в.п, м²·ч·Па/мг должно быть не менее требуемого сопротивления паропроницанию R_п.тр, определяемого по формуле

где - сопротивление паропроницанию ограждающей конструкции в пределах от плоскости возможной конденсации до наружной поверхности рассматриваемого ограждения, м²·ч·Па/мг;

E_к - максимальное парциальное давление водяного пара в плоскости возможной конденсации, Па, при температуре в плоскости возможной конденсации t_к, ^oC.

Сопротивление паропроницанию наружной стены в пределах от плоскости возможной конденсации до наружной поверхности стены:

Для плоскости возможной конденсации E_к = 593,74 Па. Тогда:

Сопротивление паропроницанию наружной стены в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации:

Так как , то пароизоляция не требуется.

Средняя относительная влажность в слое ц_срi, %:

где ц_i - относительная влажность воздуха на внутренней поверхности слоя материала, %;

ц_i+1 - относительная влажность воздуха на наружной поверхности слоя материала, %.

Расчетная относительная влажность воздуха в любом сечении ограждения ц_i , %:

где - расчетное парциальное давление водяного пара в рассматриваемом сечении, Па;

E_i - максимальное парциальное давление водяного пара в рассматриваемом сечении, Па.

Определим относительную влажность воздуха в сечениях стены:

Средняя относительная влажность материалов составит:

- для газосиликата (слой 1)

- для пенополиуретана (слой 2)

- для штукатурки (слой 3)

Таким образом, средняя относительная влажность воздуха в газосиликате и пенополиуретанових плитах составляет менее 75%, а в наружной штукатурке - более 75%. Поэтому производим уточненный расчет сопротивления теплопередаче наружной стены, приняв коэффициенты теплопроводности газосиликата и пенополиуретанових плит согласно условия эксплуатации А (соответственно л₁=0,36 Вт/(м·^oC) и л₂=0,04 Вт/(м·^oC)), а цементно-песчаной штукатурки - согласно условиям эксплуатации Б (соответственно л₃=0,93 Вт/(м·^oC)).

что выше нормативного значения для наружных стен R_т.норм=3,20 м²·^oC/Вт.



6.2 Расчет тепловлажностного режима для чердачного перекрытия

Расчет тепловлажностного режима для чердачного перекрытия ведется в той же последовательности, что и для наружной стены.

Найдем средний за отопительный период тепловой поток через перекрытие:

Обозначим температуру на внутренней поверхности перекрытия, t₁; на поверхности железобетонной плиты, соприкасающейся с цементно-песчаной стяжкой, t₂; на поверхности утеплителя, соприкасающейся с железобетонной плитой, t₃; на поверхности сложной затирки, соприкасающейся с утеплителем, t₄; и на наружной поверхности покрытия t₅. Рассчитаем данные температуры:

По полученным значениям строим график распределения температур в совмещенном покрытии (приложение Б, линия t).

По таблице Е.1 [1] находим значения максимальных парциальных давлений водяного пара при температурах внутреннего и наружного воздуха и температурах в плоскостях совмещенного покрытия (с двумя дополнительными точками 10 ^oC и 5 ^oC) и сводим в таблицу 6.2.



Таблица 6.2 ? Значения максимальных парциальных давлений в плоскостях чердачного перекрытия

Температура t, 0С	Максимальное парциальное давление водяного пара E, Па
20	2338,8
19,61	2283,81
19,57	2278,17
18,99	2196,47
10	1228,0
5	872,5
- 0,51	587,44
- 0,55	584,53
- 0,7	577,25

По полученным значениям строим график распределения максимальных парциальных давлений водяного пара в совмещенном покрытии (приложение Б, линия Е).

Найдем сопротивление паропроницанию чердачного перекрытия. Так как железобетонная плита имеет воздушные прослойки, то ее сопротивление паропроницанию:

где - сопротивление паропроницанию, м²·ч·Па/мг; определенные по сечениям 1 и 2 рисунка 2.2;

- площади сечений 1 и 2 соответственно, м².

Сопротивление паропроницанию воздушных прослоек в ограждениях принимается равным нулю. Для сечения 1:

Для сечения 2:

Тогда:

Сопротивление паропроницанию чердачного перекрытия:

Тогда средний за отопительный период поток диффундирующего в совмещенном покрытии водяного пара:

Рассчитаем парциальные давления водяного пара в плоскостях перекрытия, принятых для нахождения температуры:

По полученным значениям строим график распределения парциальных давлений водяного пара в совмещенном покрытии (приложение Б, линия е).

Плоскость возможной конденсации находится на наружной поверхности теплоизоляции. Рассчитаем требуемое сопротивление паропроницанию. Сопротивление паропроницанию перекрытия в пределах от плоскости возможной конденсации до наружной поверхности ограждения:

Для плоскости возможной конденсации E_к = 587,92 Па, тогда:

Сопротивление паропроницанию перекрытия в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации:

Так как , то устройство пароизоляции не требуется.

Определим относительную влажность воздуха в сечениях совмещенного покрытия по выражению 6.1.8

Средняя относительная влажность материалов составит:

- для цементно-песчаной стяжки (слой 1)

- для железобетонной плиты (слой 2)

- для пенополируретановых плит (слой 3)

- для затирки из сложного раствора (слой 4)

Таким образом средняя относительная влажность воздуха в железобетонной плите составляет менее 75%, а в полистиролбетонных плитах, цементно-песчаной стяжке и рубероиде - более 75%. Поэтому производим уточненный расчет сопротивления теплопередаче чердачного перекрытия, приняв коэффициенты теплопроводности железобетонной плиты, цементно-песчаной стяжки и пенополиуретановых плит согласно условия эксплуатации А (соответственно л₁=1,92 Вт/(м·^oC), л₂=0,04 Вт/(м·^oC), л₃=0,76 Вт/(м·^oC)), а затирки из сложного раствора - согласно условиям эксплуатации Б (соответственно л₄=0,87 Вт/(м·^oC)).

Тогда уточненное сопротивление теплопередаче чердачного перекрытия составляет:

что выше нормативного значения для чердачного перекрытия, равного R_т.норм=6,00 м²·^oC/Вт.



7. Построение графиков тепловлажностного режима наружных ограждений и уточнение величины действительного сопротивления паропроницанию

1) Строим график падения температур в ограждении: для этого вычерчиваем ограждающую конструкцию в масштабе толщин, затем откладываем рассчитанные значения температур на границе каждого слоя ограждения и соединяем их ломаной линией (линия t).

2) Строим кривую распределения максимальных парциальных давлений: по полученным температурам находим максимальные парциальные давления (табл. 6.1. и 6.2) водяного пара, затем откладываем полученные значения и соединяем их кривой (линия Е).

3) Строим график распределения парциальных давлений водяного пара: сопротивление паропроницанию воздушных прослоек в ограждении вне зависимости от толщины и расположения принимается равным нулю.

По формулам определяем значения е (в пунктах 6.1 и 6.2) и откладываем их на графике, соединяя линией (линия е).

Плоскость возможной конденсации многослойной конструкции совпадает с поверхностью теплоизоляционного слоя, ближайшей к наружной поверхности ограждающей конструкции. В моем случае для наружной стены и для чердачного перекрытия линия парциальных давлений лежит ниже линии максимальных парциальных давлений по всему сечению, следовательно, конденсация отсутствует.

Рассчитав сопротивление паропроницанию наружной стены и чердачного перекрытия, получилось, что , следовательно пароизоляция не требуется, и не нужно выполнять перерасчет сопротивления паропроницанию и строить уточненные графики тепловлажностного режима.



8. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций перекрытий над техническим подпольем

Для начала сделаем теплотехнический расчет перекрытия над неотапливаемым подпольем. Примем следующие конструктивные слои:

1) железобетона (железобетонная плита перекрытия) - толщиной д₁ = = 260 мм;

2) слой утеплителя из плит пенополиуретановых плотностью с₂ = 40 кг/м³, толщиной д₂ мм;

3) еловых лаг - размером 80х80;

4) еловых досок - толщиной д₄ = 30 мм.

Из таблицы А.1 [1] найдем необходимые для расчета данные об используемых материалах - коэффициент теплопроводности, теплоусвоения и паропроницания, сведем их в таблицу 8.1.

Рисунок 8.1 ? Конструкция перекрытия над техническим подпольем

Таблица 8.1 ? Теплотехнические характеристики материалов перекрытия над техническим подпольем

Наименование материала	Плотность , кг/	Расчетные коэффициенты (при условиях эксплуатации А)
		теплопроводности л,	теплоусвоения s,	паропроница-емости м,
Железобетон	2500	1,92	17,98	0,03
Плиты пенополиуретановые	40	0,04	0,42	0,05
Еловые лаги	500	0,14	3,87	0,06
Еловые доски	500	0,14	3,87	0,06

В соответствии с пунктом К.3 [1] сопротивление теплопередаче перекрытия над техническим подпольем предварительно принимают равным требуемому сопротивлению теплопередаче R_тр, м²·^oC/Вт, рассчитанному по формуле:

где n - коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху, принимаемый по таблице 5.3 [1]; в данном случае (непосредственное омывание воздухом подполья), n = 1;

t_н - расчетная температура наружного воздуха, ^oC, в данном случае это температура в техническом подполье, равная t_н = t_п = 5 ^oC;

?t_в - расчетный перепад температур между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждения, ^oC, ?t_в = ?t_в^п = 0,8 ^oC.

Тогда при б_в = 8,7 Вт/(м²·^oC), [1, таблица 5.4] получим:

Слой №3 состоит из еловых лаг и воздушной прослойки. Необходимо найти приведенное термическое сопротивление. Производим расчет:

а) Вычерчиваем расчетное сечение:



Рисунок 8.1 ? Расчетное сечение

б) Находим термическое сопротивление участков, параллельных тепловому потоку.

В соответствии с формулой (2.2.3) сопротивление участка 1 (рис.8.1) составляет

Участок 2 представляет собой воздушную прослойку, сопротивление которой принимаем согласно таблице Б.1 [1]. Для данной воздушной прослойки имеем R₂ = 0,176 м²·°С/Вт.

Тогда термическое сопротивление параллельному тепловому потоку примет вид:

в) Находим термическое сопротивление участка, перпендикулярного тепловому потоку.

Слой I - неоднородный. Разобьем его на два участка:

Iґ - воздушная прослойка с сопротивлением R_Iґ = 0,176 м²·^oC/Вт;

Iґґ - еловые лаги с термическим сопротивлением:

г) Так как не превышает на 25%, то термическое сопротивление железобетонной плиты вычисляется по формуле (2.2.5):

Тогда для перекрытия над техническим подпольем толщину утеплителя д₂ найдем, учитывая, что коэффициент теплоотдачи наружной поверхности согласно таблицы 5.7 [1] составляет б_н = 12 Вт/(м²·^oC), а внутренней - б_в = 8,7 Вт/(м²·°С) (таблица 5.4 [1])

Принимаем д₂ = 0,07 м; рассчитываем действительное сопротивление теплопередаче перекрытия над техническим подпольем:

Далее в соответствии с приложением К [1] осуществляем теплотехнический расчет ограждений техподполья, который сводится к последовательному определению:

- температуры воздуха в техническом подполье при предварительно заданных значениях сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций технического подполья;

- проверке требуемого перепада температуры ?t_в^тр;

- проверке возможности образования конденсата на внутренних поверхностях ограждающих конструкций технического подполья.

Температура воздуха в техническом подполье t_п , ^oC, определяется по выражению:



где t_в - расчетная температура внутреннего воздуха помещений первого этажа, ^oC, значение приведено в табл. 1.2;

, - площадь, м², и сопротивление теплопередаче, м²·^oC/Вт, перекрытия над техническим подпольем;

- линейная плотность теплового потока изолированного трубопровода;

i-го диаметра, расположенного в техническом подполье, Вт/м, рассчитывается по формуле 8.3;

l_i - длина трубопровода i-го диаметра, м;

t_н - расчетная температура наружного воздуха, ^oC, равная температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92;

V_п - объем воздуха, заполняющего техническое подполье, м³;

n_в - кратность воздухообмена в техническом подполье, ч^-1, равная n_в = 0,5 ч^-1;

c = 1,005 кДж/(кг• ^oC) - удельная изобарная теплоемкость воздуха;

с_п - плотность воздуха в подвале, кг/ м³, принимается равной с_п = 1,27 кг/ м³;

, - площадь, м², и сопротивление теплопередаче, м²·^oC/Вт, ограждающих конструкций технического подполья (наружные стены выше и ниже уровня земли, пола, окна и наружных дверей).

Проведем расчет температуры в техническом подполье для банка с объемом технического подполья V_п = 744,2 м³.

Значения площади и сопротивления теплопередаче составляют:

а) для наружных стен выше уровня земли - F_НС = 77,03м² и

R_т^НС = 3,23 м²·^oC/Вт;

б) для наружных стен ниже уровня земли - F_НСП = 85,4 м² и

R_т^НСП = 2,10 м²·^oC/Вт;

в) для пола технического подполья - F_ПП = 372,1 м² и R_т^ПП = 4,12 м²·^oC/Вт;

г) для перекрытия над техническим подпольем - F_ПТП = 372,1 м² и

R_т^ПТП = 2,31 м²·^oC/Вт;

д) для окон в подполье - F_ОТП = 6,48 м² и R_т^ОТП = 0,18 м²·^oC/Вт;

е) для наружных дверей - F_ДН = 1,89 м² и R_т^ДН = 0,43 м²·^oC/Вт.

Данные значения и отношения площади к сопротивлению теплопередаче сведем в таблицу 8.2.

Таблица 8.2 ? Площади и сопротивления теплопередаче ограждений технического подполья

Наименование ограждения	Площадь ограждения Fi, м2	Сопротивление теплопередаче ограждения Rтj, м2·oC/Вт	Отношение Fi / Rтj, Вт/ oC
Наружные стены выше уровня земли	77,03	3,25	23,70
Наружные стены ниже уровня земли	85,4	2,10	40,67
Пол технического подполья	372,1	4,12	90,32
Окна	6,48	0,18	36,00
Наружные двери	1,89	0,43	4,4
		?(Fi / Rтj)=	195,09

Кроме того, в техническом подполье проложены трубопроводы отопления и горячего водоснабжения (обе системы с верхней разводкой).

Таблица 8.3 ? Длины и диаметры трубопроводов в техническом подполье

Длина трубопроводов li, м, с температурой теплоносителя
90 oC	70 oC	50 oC
для условного диаметра dу, мм
50	50	40	32	25	20	15	40	32	25	20	15
14,1	13,8	18,2	10,8	23,0	18,0	41,5	2,2	2,5	16,4	9,4	22,1

Рассчитаем теплопоступления в помещения технического подполья от трубопроводов систем отопления и горячего водоснабжения. Расчеты сводим в таблицу 8.4.

Таблица 8.4 ? Теплопоступления от трубопроводов

Диаметр условного прохода, мм	Длина трубопроводов данного диаметра li, м	Линейная плотность теплового потока , Вт/м, при tокр = tп = 5 oC	Теплопоступления от трубопроводов ?, Вт
Температура теплоносителя tт = 90 oC
50	14,1	27,0	380,7
Суммарные теплопоступления:	380,7
Температура теплоносителя tт = 70 oC
50	13,8	21,6	298,1
40	18,2	20,5	373,1
32	10,8	18,1	195,5
25	23,0	16,6	381,8
20	18,0	14,8	266,4
15	41,5	13,0	539,5
Суммарные теплопоступления:	2054,4
Температура теплоносителя tт = 50 oC
40	2,2	15,0	33,0
32	2,5	13,4	33,5
25	16,4	12,0	196,8
20	9,4	10,5	98,7
15	22,1	9,0	198,9
Суммарные теплопоступления:	560,9
Общие теплопоступления от трубопроводов:	2996,0

Тогда при t_в = 20^oC и t_н = t_х.5с = ?24 ^oC температура в техническом подполье составит:

Так как t_п = -3,4 ^oC < 5 ^oC, то техническое подполье переводится в категорию отапливаемых помещений с расчетной температурой воздуха t_п = 5^oC и автоматическим регулированием теплоотдачи отопительных приборов.

Найдем температуру на внутренней поверхности наружной стены выше уровня земли при R_Т^j = R_т.ут^нс = 3,25 м²· ^oC/Вт:

Температура на внутренней поверхности наружной стены ниже уровня земли составит при R_т^нсп = 2,10 м²· ^oC/Вт:

Согласно таблицы 4.2 [1] нормальный режим эксплуатации помещений технического подполья будет при температуре t_п = 5 ^oC и относительной влажности от 60% до 75% включительно. Самые благоприятные условия для выпадения конденсата будут при ц_п = 75%.

При данных значениях температуры и относительной влажности температура точки росы по приложению М [1] составит t_р = 0,94^oC.

Так как > t_р и > t_р, то данные сопротивления теплопередаче ограждений технического подполья принимаем в качестве нормативных.



Заключение

Был выполнен теплотехнический расчет 6-этажного банка, расположенного в г. Слуцке (Минская область). Принятые характеристики ограждений имеют вид.

Наружная стена состоит из газосиликата (толщиной 300 мм) с утеплителем из пенополиуретановых плит (плотность 40 кг/м³, толщина 90 мм), оштукатуренная с наружной стороны соответственно цементно-песчаной штукатуркой (толщина 10 мм). Действительное сопротивление теплопередаче наружной стены м²·°С/Вт. Минимальная температура внутренней поверхности при центральном водяном отоплении ф_в^min = 18,36 °С.

Чердачное перекрытие с кровлей из рулонных материалов состоит из железобетонной многопустотной плиты (толщина 260 мм) с утеплителем из пенополиуретановых плит (плотность 40 кг/м³, толщина 230 мм), цементно-песчаной стяжки (толщина 10 мм) и гидроизоляцией, выполненной из затирки из сложного раствора. Действительное сопротивление теплопередаче совмещенного покрытия составляет м²·°С/Вт.

Перекрытие над неотапливаемым техническим подпольем состоит из железобетонной плиты перекрытия (толщина 120 мм) с утеплителем из пенополиуретановых плит (плотность 40 кг/м³, толщина 70 мм), еловых лаг (толщина 80 мм) и еловой доски (толщина 30 мм). Действительное сопротивление теплопередаче перекрытия над неотапливаемым техническим подольем составляет м²·°С/Вт.

Окна выполнены из 5-камерного поливинилхлоридного профиля «Lg» системы L-700 с остеклением из двухкамерного энергосберегающего стеклопакета марки 4-Аr16-И4-Аr16-И4. Приведенное сопротивление теплопередаче окна составляет R_ок = 1,14 м²·°С/Вт.

Окна на 1 - 4 этаже относятся к классу В; на 5 этажах относятся к классам В и Г; на 6 этаже - к классу Г по воздухопроницанию.

Приведенное сопротивление теплопередаче окна составляет R_ок = 0,41 м²·°С/Вт.

Наружные двери имеют сопротивление теплопередаче

Техническое подполье в здании - отапливаемое, с расчетной температурой воздуха t_п = 5,0 °С и автоматическим регулированием теплоотдачи отопительных приборов.



Список использованных источников

1. Строительная теплотехника. Строительные нормы проектирования: ТКП 45-2.04-43 - 2006* (02250). - Введ. 01.07.07. - Минск: Мин-во строительства и архитектуры Респ. Беларусь, 2015.-47 с.

2. Строительная климатология: Изменение №1 СНБ 2.04.02 - 2000. - Введ. 01.07.07. - Минск: Минстройархитектуры РБ, 2007. - 35 с.

3. Нагрузки и воздействия: СНиП 2.01.07 - 85. - Введ. 01.01.87. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1987. - 37 с.

4. Блоки оконные и дверные балконные. Общие технические условия:

СТБ 939 - 2013. - Введ. 01.06.2014. - Минск : Госстандарт, 2014. - 39 с.

5. Фокин, К. Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий / К. Ф. Фокин под ред. Ю. А. Табунщикова, В. Г. Гагарина. - 5-е изд., исправленное. - М.: АВОК-ПРЕСС, 2006. - 256 с.

6. Шибеко А. С. «Строительная теплофизика: пособие к курсовой работе для студентов специальности 1-70 04 02 «Теплогазоснабжение, вентиляция и охрана воздушного бассейна», - Минск: БНТУ, 2016.-104с.

Размещено на Allbest.ru