Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет тепловой защиты помещения



1. Выборка исходных данных

Климат местности

Исходные данные по СНиП 2.01.01-82:

Пункт строительства - Архангельск.

Средние месячные температуры, упругости водяных паров воздуха и максимальные амплитуды колебания температуры воздуха

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

Температура воздуха,°C:

- средняя наиболее холодной

пятидневки обеспеченностью 0,92 t_х5 = -31,0°C;

- средняя отопительного периода t_от = -4,7°C.

Продолжительность периодов, сут.:

влагонакопления z₀ = 179;

отопительного z_от = 272.

Повторяемость [П] и скорость [v] ветра

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



Параметры микроклимата помещения

Помещение административное;

Температура внутреннего воздуха t_в = 22°C;

Относительная влажность внутреннего воздуха ц_в = 60%.

Теплофизические характеристики материалов

По табл. 1 [1] определим влажностный режим помещения:

t_в = 22°C, ц_в = 60%, следовательно, режим - нормальный.

По карте прил. 1 [1] определим зону влажности, в которой расположен заданный населенный пункт Архангельск - зона 1 - влажная.

По табл. 2. [1] определим влажностные условия эксплуатации ограждающей конструкции: Б.

Значения характеристик материалов, составляющих данную конструкцию

№ слоя	Материал слоя	№ поз. по прил. 3	Плотность с, кг/м3	Коэффициенты
				теплопроводности л, Вт/(м•К)	паропроницания м, мг/(м•ч•Па)
1	Железобетон	1	2500	2,04	0,03
2	Пенополистирол	144	40	0,05	0,05
3	Возд. прослойка	-	1	0,15	?
4	Кирпич керамический пустотный	92	1400	0,58	0,16

2. Определение точки росы

Найдем упругость насыщающих воздух водяных паров E_в: t_в = 22°C, следовательно, E_в = 2643 Па.

Вычислим фактическую упругость водяных паров при заданной влажности ц_в = 60%.

e_в = (ц_в• E_в)/100 = (60•2643)/100 = 1585,8 Па.

По численному значению e_в обратным ходом по прил. 1 «Методических указаний…» определим точку росы: t_р = 13,9°C.

3. Определение нормы тепловой защиты

Для расчета толщины утепляющего слоя определим сопротивление теплопередачи ограждающей конструкции исходя из требований санитарных норм R_ос и энергосбережения R_оэ.

4. Определение нормы тепловой защиты по условию энергосбережения

Определим градусо-сутки отопительного периода:

ГСОП = X = (t_в - t_от) • z_от, где

t_в = 22°C - расчетная температура внутреннего воздуха,

t_от = -4,7°C - средняя температура отопительного периода,

z_от = 272 сут. - продолжительность отопительного периода.

ГСОП = (22+4,7)•272 =7262,4.

Определим нормативное значение приведенного сопротивления теплопередачи по формуле R_оэ = R+в?X, где

R = 1,2 м²К / Вт,

в = 0,0003 м²/Вт•сут.

R и в определяются по табл. 1 «Методических указаний…».

R_оэ = 1,2+0,0003•7262,4 = 3,38 м²•К / Вт.



5. Определение нормы тепловой защиты по условию санитарии

По табл. 2 [1] определим нормативный (максимально допустимый) перепад между температурой воздуха в помещении и температурой на внутренней поверхности ограждающей конструкции

Дt^н = 4,5°C.

По табл. 3 [1] определим корректирующий множитель n, учитывающий текущую степень контактности ограждения с наружным воздухом.

n = 1.

По табл. 4 найдем коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции

б_в = 8,7 Вт/(м²•К).

Вычислим нормативное (максимально допустимое) сопротивление теплопередаче по условию санитарии:

R_ос = [(t_в - t_н)•n]/ б_в•Дt,

где t_н - расчетная температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки t_х5 = -31,0°C.

R_ос = [(22 + 31)•1]/ 8,7•4,5 = 1,35 м²•К / Вт.

6. Норма тепловой защиты

R_оэ = 3,38 м²•К / Вт, R_ос = 1,35 м²•К / Вт. R_оэ > R_ос. Назовем R_оэ требуемым R_тр. R_тр = R_оэ = 3,38 м²•К / Вт.

7. Расчет толщины утеплителя

По табл. 6 [1] определим коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения внешней среде

б_н = 23Вт/(м²•К).

Вычислим сопротивление теплообмену:

- на внутренней поверхности R_в = 1/б_в = 1/8,7 = 0,11 м²•К / Вт,

- на наружной поверхности R_н = 1/б_н = 1/23 = 0,04 м²•К / Вт.

Определим термические сопротивления слоев конструкции с известными толщинами по формуле R_i = д_i/л_i.

R₁ = д₁/л₁ = 0,20/2,04 = 0,098 м²•К / Вт,

R₃ = д₃/л₃ = 0,03/0,15 = 0,200 м²•К / Вт,

R₄ = д₄/л₄ = 0,12/0,58 = 0,207 м²•К / Вт.

УR_i = 0,505 м²•К / Вт.

Вычислим минимально допустимое (требуемое) термическое сопротивление утеплителя

R_ут^тр = R_о^тр - (R_в+R_н+УR_i) = 3,38 - (0,11+0,04+0,505) = 2,725 м²•К / Вт.

Вычислим толщину утепляющего слоя

д_ут = л_ут•R_ут = 0,05•2,725 = 0,14 м.

Округлим толщину утеплителя до унифицированного значения

д_ут = 0,14 м.

Вычислим термическое сопротивление утеплителя (после унификации)

R_ут = д_ут/л_ут = 0,14/0,05 = 2,8 м²•К / Вт.

Определим общее термическое сопротивление ограждения с учетом унификации



R_о = R_в+R_н+R_ут+УR_i = 0,11+0,04+2,8+0,505 = 3,455 м²•К / Вт.

8. Проверка внутренней поверхности ограждения на выпадение росы

Вычислим температуру на внутренней поверхности ограждения

ф_в = t_в - (t_в - t_н)•(R_в/R_о).

ф_в = 22 - (22 + 31)•(0,11/3,455) = 20,3°C,

t_р = 13,9°C.

ф_в > t_р, следовательно, согласно указаниям п. 2.10 [1], роса на внутренней поверхности ограждения при данных условиях не выпадет.

Вычислим температуру в углу стыковки наружных стен по формуле

ф_у = ф_в - (0,175 - 0,039•R)•(t_в - t_н), где R = 2,2 м²•К / Вт.

ф_у = 20,4 - (0,175 - 0,039•2,2)• (22 + 31) = 15,7°C.

ф_у > t_р, следовательно, согласно указаниям п. 2.10 [1], роса в углу стыковки наружных стен при данных условиях не выпадет.

9. Проверка на выпадение росы в толще ограждения

Определим сопротивление паропроницанию каждого слоя по формуле

R_пi = д_i/м_i.

R_п1 = д₁/м₁ = 0,20/0,03 = 6,67 м²•ч•Па/мг,

R_п2 = д₂/м₂ = 0,14/0,05 = 2,8 м²•ч•Па/мг,

R_п3 = д₃/м₃ = 0,

R_п4 = д₄/м₄ = 0,12/0,16 = 0,75 м²•ч•Па/мг.



Определим сопротивление паропроницанию конструкции в целом:

R_п = УR_пi = 6,67 + 2,8 + 0,75 = 10,22 м²•ч•Па/мг.

Вычислим температуру на поверхности ограждения ф_nl по формуле

ф_вl = t_в - (t_в - t_н)•(R_в/R_о), где t_н = t_нl = - 12,5°C - температура самого холодного месяца.

ф_вl = 22 - (22 + 12,5)•(0,11/3,455), = 21,0°C

По приложению 1 «Методических указаний…» найдем максимальную упругость E_в, отвечающую температуре ф_вl.

Графическим методом определим изменение температуры по толщине ограждения при средней температуре самого холодного месяца t_нl. Для этого на оси абсцисс последовательно отложим значения сопротивлений R_в, R₁, R₂, R₃, R₄, R_н, составляющих в целом R_о. На оси ординат отложим значение температуры внутреннего воздуха t_в и значение средней температуры самого холодного месяца. Точки t_в и t_нl соединим прямой линией. По точкам пересечения линий с границами слоев определим значения температур на границах слоев (см. Приложение 1).

ф_вl = 20,0°C;

t_1-2 = 19,0°C;

t_2-3 = -8,1°C;

t_3-4 = -10,0°C;

ф_н = -12,1°C.

Для температур на границах слоев, определенных в предыдущем пункте, по прил. 1 и прил. 2 «Методических указаний…» найдем максимальные упругости водяных паров Е на этих границах.

E_в = 2338 Па;

E_1-2 = 2197 Па;

E_2-3 = 307 Па;

E_3-4 = 260 Па;

E_н = 215 Па.

По аналогии с п. 6.4, только на координатных осях R_п и E построим разрез ограждения. По всем границам слоев отложим найденные в предыдущем пункте значения упругостей E (см. Приложение 2).

На внутренней поверхности конструкции (см. Приложение 2) отложим значение упругости паров в помещении e_в, а на наружной - значение e_н=0,9·E_н = 194 Па, соединив их прямой линией.

10. Проверка влажностного режима ограждения

Из точек e_в и e_н проведем прямые к кривой линии E.

Найдем плоскость возможной конденсации.

По графику (см. Приложение 2) определим сопротивление паропроницанию слоев, расположенных между внутренней поверхностью ограждения и плоскостью конденсации R_пв, а также между этой плоскостью и наружной поверхностью ограждения R_пн.

R_пв = 9,47 м²•ч•Па/мг,

R_пн = 0,75 м²•ч•Па/мг.

Найдем положение плоскости возможной конденсации на температурном графике (см. Приложение 2).

Определим средние температуры:

- зимнего периода, охватывающего месяцы со средними температурами ниже -5°C:

t_зим = (t_I + t_II + t_III + t_XII)/4 = (-12,5 -12,0 -8,0 - 9,8)/4 = -10,6°C;

- весеннее-осеннего периода, включающего месяцы со средними температурами от -5 до +5°C:

t_во = (t_IV + t_X + t_XI)/3 = (-0,6 + 1,4 -4,5)/3 = -1,2°C;

- летнегопериода, охватующего месяцы со средними температурами более +5°C:

t_л = (t_V + t_VI + t_VII + t_VIII + t_IX)/5 = (5,6 + 12,3 + 15,6 + 13,7 + 8,1)/5 = 11,1°C;

- периода влагонакопления, к которому относятся месяцы со средними температурами 0°C и ниже:

t_вл = (t_I + t_II + t_III + t_IV + t_XI + t_XII)/6 = - (12,5+12,0+8,0+0,6+4,5+9,8)/6 = -7,9°C.

Температуры вышеперечисленных периодов отложим на наружной плоскости и полученные точки соединим с точкой t_в. Пересечения линий с плоскостью конденсации дают температуры в этой плоскости для соответствующих периодов года, по которым определим максимальные упругости E.

Период и его индекс	Месяцы	Число месяцев z	Наружная температура периода	В плоскости конденсации
				t,°C	E, Па
Зимний 1	I, II, III, XII	4	-10,6°C	-8,4	299
Весенне-осенний 2	IV, X, XI	3	-1,2°C	-0,4	553
Летний 3	V, VI, VII, VIII, IX	5	11,1°C	-11,8	1383
Влагонакопления 0	I, II, III, IV, XI, XII	6	-7,9°C	-5,8	312

Вычислим среднегодовую упругость насыщающих водяных паров в плоскости возможной конденсации

E = (E₁•z₁ + E₂•z₂ + E₃•z₃)/12 = (299•4 + 553•3 + 1383•5)/12 = 814,2 Па.

Определим среднегодовую упругость водяных паров в наружном воздухе e_нг = Уe_i/12.

e_нг = (260 + 250 + 300 + 480 + 690 + 1080 + 1360 + 1300 + 970 + 650 + 450 + 320)/12 = 675,8 Па.

Вычислим требуемое сопротивление паропроницанию внутренних слоев конструкции, при котором обеспечивается ненакопление влаги в увлажняемом слое из года в год:

R^тр1 = [(e_в - E) • R_пн]/(E - e_нг) = [(1585,8 - 814,2) • 0,75]/(814,2-675,8) = 4,18 м²•ч•Па/мг.

Сравним полученное значение с располагаемым: R^тр1<R_пн, следовательно в увлажняемом слое обеспечивается ненакопление влаги.

Определим среднюю упругость водяных паров в наружном воздухе для периода влагонакопления

e_o = Уe_нio/z_o,

где e_нio - среднемесячные упругости для месяцев, имеющих t_н?0°C, z_o - число таких месяцев в периоде

e_o = (260 + 250 + 300 + 480 + 450 + 320)/6 = 343,3 Па.

Вычислим требуемое сопротивление паропроницанию внутренних слоeв конструкции, ограничивающих приращение влажности (в увлажняемом слое) в допустимых пределах:



,

где д - толщина увлажняемого слоя, м

z_о - продолжительность периода влагонакопления, выраженная в часах,

с - плотность увлажняемого материала

Дщ_ср - допустимое приращение средней влажности, % по табл. 14 [1].

R^тр2 = (1585,8 - 866,7)/[(866,7 - 343,3)/0,75 + (1,3•10⁹•0,03•1,5)/(100•4344)],

R^тр2 = 0,86 м²•ч•Па/мг.

R^тр2 < R_пв, следовательно приращение влажности (в увлажняемом слое) в допустимых пределах обеспечивается.

11. Проверка ограждения на воздухопроницание

Определим плотность воздуха в помещении с_в при заданной температуре t_в и на улице с_н при температуре самой холодной пятидневки по формуле:

с = , где

м - молярная масса воздуха 0,029 кг/моль;

P - барометрическое давление, равное 101 кПа;

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

T - температура воздуха, К.

с_в = = 1,19 кг/м³,

с_н = = 1,46 кг/м³.

Вычислим тепловой перепад давления

ДP_T = 0,56•(с_н+св)•g•H,

где g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с²; H - высота здания.

ДP_T = 0,56•(1,46 - 1,19)•9,81•25 = 37,1 Па.

Определим расчетную скорость ветра v, приняв в качестве таковой максимальное значение скорости ветра из тех румбов за январь месяц, на которых повторяемость ветра составляет 16% и более.

v = 5,9 м/с.

Вычислим ветровой перепад давления ДP_в = 0,3?с_н• v² и суммарный (расчетный) перепад, действующий на ограждение ДP = ДP_т + ДP_в.

ДP_в = 0,3•1,46•5,9² = 15,2 Па.

ДP = 37,1 + 15,2 = 52,3 Па.

Найдем по табл. 12 [1] допустимую воздухопроницаемость ограждения G^Н. G^Н = 0,5 кг/(м²•ч).

Определим требуемое сопротивление инфильтрации

R_и^тр = ДP/G^Н = 52,3/0,5 = 104,6.

Определим по прил. 9 [1] сопротивление воздухопроницанию каждого слоя, записав их в табличной форме

№ слоя	Материал	Толщина слоя, мм	Пункт приложения 9	Сопротивление Rиi, м2чПа/кг
1	Железобетон	0,20	1	39240
2	Пенополистирол	0,11	23	79
3	Воздух	0,03	-	-
4	Кирпич керамический пустотный	0,12	9	2



Найдем располагаемое сопротивление воздухопроницанию

R_и = У R_иi = 39321.

Сравним полученное значение с располагаемым: R_н > R_тр, следовательно полученное сопротивление соответствует нормам.



Заключение

Конструкция отвечает нормативным требованиям по тепловой защите, инфильтрации и влажностному режиму.

Выходные данные для смежных расчетов сооружения:

- общая толщина стены: д_общ = 490 мм;

- масса 1 м² ограждения:

у = m/F=?д_i ? с_i = 0,2·2500+0,14·40+0,03·1+0,12·1400 = 67,6 кг/м²;

- сопротивление теплопередаче R_о=3,455 м²•К / Вт;

- коэффициент теплопередачи К = 1/R_о = 0,29 Вт/м²•К;

- действующий перепад давления ДР = 52,3 Па.

Размещено на Allbest.ru