Методика расчета сопротивления теплопередачи, тепловой инерции и толщины теплоизоляционного слоя, наружной стены из штучных материалов и термического сопротивления горизонтальной ограждающей конструкции

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Расчет сопротивления теплопередачи, тепловой инерции и толщины теплоизоляционного слоя

1.1 Расчет наружной стены из штучных материалов

Исходные данные:

· Тип здания - общественный.

· Брестская область.

· Влажностной режим помещения - нормальный.

· Относительная влажность - 50 %.

· Температура внутреннего воздуха - tв = 18 °С.

Рисунок 1.1 - Конструкция наружной стены здания

Расчетные значения коэффициентов теплопроводности л и теплоусвоения S материалов для условий эксплуатации ограждений «Б»:

- кирпич силикатный

л1 = 1,63 Вт/( м •°С); S1 = 12,13 Вт/(м2 •°С);

- плиты пенополистирольные

л2 = 0,05 Вт/( м •°С); S2 = 0,48 Вт/(м2 •°С);

Нормативное сопротивление теплопередаче для наружных стен из штучных материалов Rнорм= 3,2(м2•°С)/Вт.

Для определения тепловой инерции стены находим термическое сопротивление отдельных слоев конструкции по формуле:

,

где д - толщина рассматриваемого слоя, м; л - коэффициент теплопроводности данного слоя, Вт/(м•°С).

Вычислим термическое сопротивление отдельных слоев:

- слои кирпичной кладки:

(м2• єС)/Вт;

Термическое сопротивление плит пенополистирольных R2 находим из формулы:

где бв - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности, бв=8,7 Вт/(м2•°С); бн - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности, бн=23 Вт/(м2•°С); - термическое сопротивление ограждающей конструкции:

(м2•°С)/Вт.

Отсюда следует что, термическое сопротивление слоя плит пенополистирольных находится по формуле:

.

Подставив значения в эту формулу, получим:

(м2•°С)/Вт.

Вычисляем тепловую инерцию по формуле:

где Si - расчетный коэффициент теплоусвоения слоя материала конструкции в условиях эксплуатации Вт/(м2•°С).

D=R1•S1+ R2•S2;

D=0,23•12,13+2,81•0,48=4,14

Для ограждающей конструкции с тепловой инерцией свыше 4,0 до 7,0 (стены средней инерционности) за расчетную зимнюю температуру наружного воздуха следует принять среднюю температуру наиболее холодных трех дней обеспеченностью 0,92 , которая для Брестской области составляет: -25° С.

Рассчитаем требуемую толщину теплоизоляционного слоя:

м.

Рассчитаем общую толщину стены:

м.

Вывод: Определили расчетную температуру наружного воздуха tн=-25°С. Рассчитали сопротивление теплопередаче слоя плит пенополистирольных R2=2,81(м2• єС)/Вт, тепловую инерцию наружной стены из штучных материалов D=4,14(стена средней инерционности). Определили толщину слоя плит пенополистирольных м и общую толщину стены м.

Определяем требуемое сопротивление теплопередачи стены по формуле:

RTтр= (м20С)/Вт.

Находим экономически целесообразное сопротивление теплопередачи.

0С)/Вт.

Где См стоимость материала бел.руб/м3. См=580000 бел. руб./м3, - стоимость тепловой энергии, руб./ГДж; 95 281 руб./Гкал = 22686 руб./ГДж; 1 Гкал =4,2 ГДж; -- продолжительность отопительного периода, сут.; - средняя за отопительный период температура наружного воздуха, С; - коэффициент теплопроводности материала однослойной или теплоизоляционного слоя многослойной ограждающей конструкции в условиях эксплуатации, в зависимости от расчётной температуры и относительной влажности внутреннего воздуха, ()/Вт.

1.2 Расчёт термического сопротивления горизонтальной ограждающей конструкции

Рисунок 1.2 - Конструкция покрытия зданий: А - рубероид, Б - гравий керамзитовый, В - железобетон, Г - маты минераловатные прошивные

Расчетные значения коэффициентов теплопроводности л и теплоусвоения S материалов принимаем по таблице А.1[1] для условий эксплуатации ограждений «Б»:

- рубероид:

л 1 = 0,17 Вт/( м •°С); S1 = 3,53Вт/(м2 •°С);

- гравий керамзитовый:

л 2 = 0,2 Вт/( м •°С); S2 = 2,91 Вт/(м2 •°С);

- маты минераловатные прошивные:

л3 = 0,048 Вт/( м •°С); S4 = 0,57 Вт/(м2 •°С);

- железобетон:

л4 = 2,04 Вт/( м •°С); S5 = 19,7Вт/(м2 •°С).

Конструктивное решение представлено на рисунке 1.2. Предварительно, для нахождения термического сопротивления перекрытия определили толщину искомого слоя Х. Для этого выбираем нормативное сопротивление теплопередачи Rтнорм=6 (м2·С)/Вт. Сопротивление искомого слоя находим по формуле:

R3= Rтнорм-(;

где бв - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, бн - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для зимних условий.

Определяем толщину искомого слоя:

Разделим конструкцию на повторяющиеся элементы, приняв, что данный элемент имеет правильную геометрическую форму прямоугольника со сторонами 0,1х0,1 м.

Определим термическое сопротивление элементов при условии деления их плоскостями, параллельными тепловому потоку. Конструктивное решение представлено на рисунке 1.3.



Рисунок 1.3 Элемент перекрытия

Где Ri - термическое сопротивление каждого слоя конструкции, (м2•°С)/Вт.

Железобетонную плиту разбиваем на три слоя: два слоя железобетона и слой воздушной прослойки.

Коэффициент теплопроводности замкнутой воздушной прослойки при толщине 0,089 (м), что примерно равно 0,1 (м) примем л = 0,67(м2•°С)/Вт.

Определяем площади элементов:

м2;

м2;

Термическое сопротивление элемента при условии деления его плоскостями, параллельными тепловому потоку.

;

Находим термическое сопротивление при условном делении его плоскостями, перпендикулярными тепловому потоку. Конструктивное решение представлено на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4. Конструкция перекрытия при условии деления его плоскостями, перпендикулярными тепловому потоку

(м2·С)/Вт;

(м2·С)/Вт;

(м2·С)/Вт;

(м2·С)/Вт;

(м2·С)/Вт;

(м2·С)/Вт;

Тогда:

Так как величина не превышает величину R¦¦более чем на 25%, в нашем случае это составляет 17,5 %, то термический расчет конструкции выполняют согласно формуле:

Rка=(м2·С)/Вт;

Вывод: данная конструкция перекрытия удовлетворяет требованиям по теплопроводности, так как нормативное сопротивление конструкции

Rнорм = 6,0(м2•°С)/Вт., что меньше расчетного сопротивления R=6.48(м2•°С)/Вт.

2. Расчет температурного поля в многослойной конструкции

Определим температуры на границах слоёв многослойной конструкции наружной стены, тепловой поток и глубина промерзания при следующих данных:

Рисунок 2.1. Наружная стена здания

- кирпич силикатный:

л1 = 1,63 Вт/( м •°С); S1 = Вт/(м2 •°С);

- плиты пенополистирольные:

л2 = 0,05 Вт/( м •°С); S2 = 0,48Вт/(м2 •°С);

Рисунок 2.2. Изменение температуры в наружной стене

Определяем термическое сопротивление каждого слоя материала:

Для определения тепловой инерции стены находим термическое сопротивление отдельных слоев конструкции по формуле:

,

где д - толщина рассматриваемого слоя, м; л - коэффициент теплопроводности данного слоя, Вт/(м•°С).

Вычислим термическое сопротивление отдельных слоев:

- кирпич силикатный:

(м2• єС)/Вт;

- плиты пенополистирольные:

(м2• єС)/Вт;

- кирпич силикатный:

(м2• єС)/Вт;

=0,073+2,81+0,153=3,036(м2• єС)/Вт.

Определим тепловой поток через трехслойную конструкцию при разности температур двух сред:

Вт/м2,

где tв - температура внутреннего воздуха, °С; tн - температура наружного воздуха, °С.

Определяем температуры на границах слоев конструкции по формуле:

,

где tx - температура в любой точке конструкции, °С; Rx - часть термического сопротивления, находящегося между плоскостями cтемпературами t1 и tx, (м2 • єС)/Вт.

єС;

єС;

єС;

єС;

Граница промерзания находится в слое кирпича глиняного обыкновенного.

Определяем глубину промерзания в слое и составляем пропорцию:

;

Отсюда х=0,067 м;

Общая глубина промерзания в этом случае составит:

дпр= х+0,25= 0,317 м.



Рисунок 2.3. Глубина промерзания в теплоизоляционном слое

Рассмотрим данную задачу в случае, когда температура наружного и внутреннего воздуха заменены друг с другом.

Рисунок 2.4. Изменение температуры в наружной стене

Значение термического сопротивления всей конструкции и теплового потока в этом случае останется прежним:

0,073+2,81+0,153=3,036(м2• єС)/Вт.

Вт/м2.

Определяем температуры на границах слоев конструкции по формуле:

,

где tx - температура в любой точке конструкции, °С; Rx - часть термического сопротивления, находящегося между плоскостями cтемпературами t1 иtx, (м2 • єС)/Вт.

єС;

єС;

єС;

єС;

Граница промерзания находится в слое бетона.

Определяем глубину промерзания в слое бетона и составляем пропорцию:

;

Отсюда х=0,068 м.

Общая глубина промерзания в этом случае составит:

дпр= х+0,12=0,188 м.

Рисунок 2.5. Глубина промерзания в теплоизоляционном слое

Вывод: Глубина промерзания, в первом случае составляет 317 мм, во втором случае 188 мм. Экономически целесообразнее делать теплоизоляцию как представлено во втором случае, при этом точка росы переносится в наружный слой и стена незначительно промерзает в отличие от теплоизоляции, которая представлена во втором случае. При наружной теплоизоляции ограждающая конструкция аккумулирует тепло, потери тепла минимальны.

3. Определение сопротивления паропроницанию вертикальных и горизонтальных ограждающих конструкций

3.1 Расчет сопротивления паропроницанию наружной стены

Исходные данные:

· Температура внутреннего воздуха - tB =18 °С.

· Относительная влажность - цотн = 50 %.

· Влажностной режим - нормальный,

· Брестская область.

Рисунок 3.1. Конструкция наружной стены здания

Влажностной режим нормальный, условия эксплуатации ограждающих конструкций «Б».

Расчетные значения коэффициентов теплопроводности л, теплоусвоения S и паропроницаемостим материалов принимаем для условий эксплуатации ограждений «Б»:

- кирпич силикатный:

л1 = 1,63 Вт/( м •°С); S1 = 12,13 Вт/(м2 •°С);м 1=0,088 мг/(м • ч • Па);

- плиты пенополистирольные:

л2 = 0,05 Вт/( м •°С); S2 = 0,48 Вт/(м2 •°С);м 2=0,5 мг/(м • ч • Па);

Расчетные параметры наружного воздуха для расчета сопротивления паропроницанию - среднее значение температуры и относительная влажность за отопительный период:

Для Брестской области средняя температура наружного воздуха за отопительный период tнот = 0,2 °С; средняя относительная влажность наружного воздуха за отопительный период цнот = 84%.

Парциальные давления водяного пара внутреннего и наружного воздуха при расчетных значениях температуры и относительной влажности составляют:

ен=521 Па,

ев = 0,01 цв •Ев,

где цв - расчетная относительная влажность внутреннего воздуха, %; Ев - максимальное парциальное давление водяного пара внутреннего воздуха, [Па]; при расчетной температуре воздуха tв = 18 °С, Ев = 2064 Па. Тогда: ев = 0,01•50•2064 =1032 Па.

Положение плоскости возможной конденсации в данной конструкции находится на границе теплоизоляционного слоя.

Определяем температуру в плоскости возможной конденсации по формуле:

где RT - сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, (м •°С)/Вт.

RTi - термические сопротивления слоев многослойной конструкции или части однослойной конструкции, расположенных в пределах внутренней поверхности конструкции до плоскости возможной конденсации, (м•°С)/Вт.

°С.

Максимальное парциальное давление водяного пара в плоскости возможной конденсации при tK = 1,38°С составляет: Ек = 680,4 Па.

От плоскости возможной конденсации до наружной поверхности стены составляет:

(м2 • ч • Па) /мг.

Определяем требуемое сопротивление паропроницанию стены от её внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации:

(м2 • ч • Па) /мг.

Сопротивление паропроницанию рассчитываемой конструкции стены в пределах от её внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации составляет:

(м2 • ч • Па) /мг.

Данная конструкция наружной стены не отвечает требованиям СНБ 2.04.01-97 по сопротивлению паропроницанию, так как Rпв=1,64<Rnн.тр=2.99(м2 • ч • Па) /мг. следовательно необходимо добавить слой пароизоляции , в качестве дополнительной пароизоляции применяем слой полиэтиленовой пленки.

(м2 • ч • Па) /мг.

Так как толщина пленки мала , теплоизоляционные свойства стены не изменяются.

Вывод : Данная конструкция стены отвечает требованиям СНБ 2.04.01-97 по сопротивлению паропроницанию , так как Rпв=3.515>Rпн.тр=2,99 (м2 • ч • Па) /мг.

3.2 Расчет сопротивления паропроницанию чердачного перекрытия

Исходные данные:

· Температура внутреннего воздуха - tB =18 °С.

· Относительная влажность - цотн = 50 %.

· Влажностный режим - нормальный,

· Брестская область.

Рисунок 3.2 - Конструкция чердачного перекрытия с холодным чердаком

Расчетные значения коэффициентов теплопроводности л, теплоусвоения S и паропроницаемости м материалов для условий эксплуатации ограждений «Б»:

- рубероид:

л 1 = 0,17 Вт/ м •°С); S1 = 3,53Вт/(м2 •°С);Rп=0,04 (м2 • ч • Па)/мг;

- гравий керамзитовый:

л 2 = 0,2 Вт/(м •°С); S2 = 2,91 Вт/(м2 •°С);м 2=0,23 мг/(м • ч • Па);

- маты минераловатные прошивные:

л3 = 0,048 Вт/(м •°С); S4 = 0,57 Вт/(м2 •°С);м 3=0,58 мг/(м • ч • Па);

- железобетон:

л4 = 2,04 Вт/(м •°С); S5 = 19,7Вт/(м2 •°С).м 3=0,03 мг/(м • ч • Па);

Расчетные параметры наружного воздуха для расчета сопротивления паропроницанию - среднее значение температуры и относительная влажность за отопительный период:

Для Брестской области средняя температура наружного воздуха за относительный период tнот = 0,2 °С , средняя относительная влажность наружного воздуха за относительный период цнот = 84% .

Парциальные давления водяного пара внутреннего и наружного воздуха при расчетных значениях температуры и относительной влажности составляют:

ен=521 Па,

ев = 0,01 цв •Ев,

где цв - расчетная относительная влажность внутреннего воздуха, %; Ев - максимальное парциальное давление водяного пара внутреннего воздуха, [Па]; при расчетной температуре воздуха tв = 18 °С, Ев = 2064 Па.

Тогда: ев = 0,01•50•2064 =1032 Па.

Положение плоскости возможной конденсации в данной конструкции находится на границах слоя гравия керамзитового и мат минераловатных прошивных.

Определяем температуру в плоскости возможной конденсации по формуле:

где RT - сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, (м •°С)/Вт.

RTi - термические сопротивления, слоев многослойной конструкции или части однослойной конструкции, расположенных в пределах внутренней поверхности конструкции до плоскости возможной конденсации, (м•°С)/Вт.

°С.

Максимальное парциальное давление водяного пара в плоскости возможной конденсации при tK = 6,91 °С составляет:

Ек = Па.

Сопротивление паропроницанию от плоскости возможной конденсации до наружной поверхности перекрытия составляет:

(м2 • ч • Па) /мг.

Определяем требуемое сопротивление паропроницанию перекрытия от её внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации:

(м2 • ч • Па) /мг.

Сопротивление паропроницанию рассчитываемой конструкции перекрытия в пределах от её внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации составляет:

(м2 • ч • Па) /мг.

Вывод: Данная конструкция чердачного перекрытия с холодным чердаком отвечает требованиям СНБ 2.04.01-97 по сопротивлению паропроницанию, так как Rпв= 20,28>Rnн.тр= 0,2(м2 • ч • Па) /мг.

4. Определение сопротивления воздухопроницания

Исходные данные:

tB=18°C,tH=-25°C; Н=25 м;

физические свойства материалов слоев:

1 - д1 = 0,12 м;

2 - д2=x = 0,140 м;

3 - д3 = 0,25 м;

Конструктивное решение рассчитываемой схемы приведём на рисунке 4.1

Рисунок 4.1 - Наружная стена здания

Определяем требуемое сопротивление воздухопроницанию RTp, (м2 • ч • Па) /мг:

RTp= ?Р / Gнорм,

где ?Р - расчетная разность давлений на наружной и внутренней поверхности здания , определяемая по формуле:

?Р = 0,55•Н•(гн + гв) + 0,3 • гн • vср2;

Н - высота здания, м; гн ,гв - удельный вес соответственно наружного и внутреннего воздуха, Н/м3, определенный по формуле:

гп = 3463/(273 +t);

t - температура воздуха, °С ; vcp - максимальная из средних скоростей ветра за январь, постоянность которых составляет 16% и более, м/с; Gнорм - нормальная воздухопроницаемость ограждающих конструкций, кг/(м2 • ч):

гн = 3463/(273+( - 25)) = 13,96 Н/м2

гв = 3463/(273+18) = 11,90 Н/м2

?Р = 0,55 • 25 • (13,96 - 11,90) + 0,03 • 13,96 • 3,72 = 31,1 Па

Определяем требуемое сопротивление воздухопроницанию:

(м2 • ч • Па) /кг

Вывод: согласно расчету сопротивление воздухопроницанию наружной стены должно составлять RТр = 68,2 (м2 • ч • Па) /кг.

Литература

термический воздухопроницание пенополистирольный

1. СНБ 2.04.01-97 Строительная теплотехника. Минск, 1994.

2. СНиП 2.04.05-91 Отопление, вентиляция и кондиционирование. Госстрой СССР. - М., 1992.

3. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. - М.: Энергоиздат, 1981.

4. ГОСТ 2.105-95 Общие требования к текстовым документам. Изд. Стандартов, 1996.

Размещено на Allbest.ru