Расчет тепловой защиты помещения

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Исходные данные

Пункт строительства - Саратов

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

Величина	Месяц
	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
tн, оС	-11.9	-11.3	-5.2	5.8	15.1	20.0	22.1	20.6	14.4	5.7	-2.4	-8.7
цн,%	85	82	82	66	54	52	54	55	60	72	82	86
ен, %	250	260	370	640	580	1180	1370	1310	930	660	460	350
Аtн, оС	9.5	10.8	9.9	10.8	9.9	10.7	10.2	10.6	10.4	9.6	8.7	11.0

Температуры воздуха, ^оС:

Абсолютно минимальная -41

Средняя наиболее холодных суток -34

Средняя наиболее холодной пятидневки -25

Средняя отопительного периода -5,0

Продолжительность периодов, сут.:

Влагонакопления 149

Отопительного 198

Повторяемость [П] и скорость [v] ветра

Месяц	Характеристика	РУМБ
		С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	С	СЗ
Январь	П, %	6	2	10	17	21	7	15	21
	v, м/с	3,9	3,0	02	4,6	5,6	4,8	6,0	5,2
Июль	П, %	12	11	9	8	8	6	18	28
	v, м/с	3,7	3,3	3,0	3,4	3,8	4,2	4,3	4,5

Интенсивность солнечной радиации в июле, Вт/м²

На фасад западной ориентации: максимальная 780

Средняя 193

На горизонтальную поверхность: максимальная 850

Средняя 328

Разрез исследуемого ограждения

Назначение здания - клуб

1 - штукатурка известково-песчаная

2 - бетон на вулканическом шлаке (1600 кг/м³)

3 - пенопласт (100 кг/м³)

4 - кирпич глиняный на цементно-песчаном р-ре (1700 кг/м³)

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. По табл. 1 СНиПа 2-3-79 исходя их данной температуры внутреннего воздуха и относительной его влажности влажностный режим помещения принимаем нормальный.

2. По карте прил. СНиПа 2-3-79 принимаем зону влажности сухую.

3. По прил. 2 СНиПа 2-3-79 определяем влажностные условия эксплуатации ограждающей конструкции - А.

4. Из прил. 3 СНиПа 2-3-79 выпишем значения характеристик материалов, составляющих данную конструкцию.

Материал слоя	№ позиции По прил. 3	Плотность со, кг/м3	Коэффициенты
1.	1.	1.	Теплопроводности л, Вт/(м*К)	Теплоусвоение S В m/(м2*К)	Паропроницание µ, мг/(м*ч*па)
Штукатурка известково-песчаная	I-Д-73	1600	0,70	8,69	0,12
Бетон на вулканическом шлаке	I-Б-12	1600	0,64	9,20	0,075
пенопласт	IV-Б-146	100	0,05	0,68	0,23
Кирпич цементно-песчаный	II-А-85	1700	0,64	8,64	0,12

2. Определение точки росы

1. По заданной температуре t_в=19^оС из прил. 1 «Методических указаний» найдем упругость насыщающих воздух водяных паров Е_в=2197 Па.

2. Фактическая упругость водяных паров при заданной влажности ц_в=58%: е_в=ц_в*Е_в/100=58*2197/100=1274 Па.

По значению е_в обратным ходом по прил. 1 «Методических указаний» определяем точку росы t_р=10^оС.

3. Определение нормы тепловой защиты

Для расчета толщины утепляющего слоя необходимо определить сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции исходя из требований санитарных норм R_ос и энергосбережения R_оэ.

Определение нормы тепловой защиты по условию энергосбережения

Определим градусо-сутки отопительного периода:

ГСОП = Х = (t_в - t_от)*Z_от

ГСОП = Х = (19 - (-5))*198 = 4752 ^ос/сут

Нормативное значение приведенного сопротивления теплопередаче, м²К / Вт, по условию энергосбережения определяется в зависимости от назначения ограждающей конструкции, условий эксплуатации и градусо-суток отопительного периода:

R_оэ = R+ в*X

R_оэ = 1.2 + 0.0003*4752 = 2.63 м²К / Вт

Определение норм тепловой защиты по условию санитарии

По табл. 2 СНиПа 2-3-79* определим нормативный (максимально допустимый) перепад между температурой воздуха в помещении и температурой на внутренней поверхности ограждающей конструкции

?t_н = 4.5

По табл. 3 СНиПа определим корректирующий множитель n, учитывающий степень контактности ограждения с наружным воздухом.

n = 1

По табл. 4 СНиПа найдем коэффициент теплоотдачи внутренней поверхностью ограждающей конструкции

б_в = 8.7 Вт/(м²К)

Вычислим нормативное (максимально допустимое) сопротивление теплопередаче по условию санитарами

R_ос = (t_в - t_н)*n/ б_в*?t_н

R_ос = (19 - (-25))*1/8.7*4.5 = 1.124 м²К / Вт

Норма тепловой защиты

Из вычисленных значений сопротивлений теплопередаче: экономической R_оэ и санитарной R_ос - к реализации примем наибольшее из них, назвав его

R_о^тр = R_оэ = 2.63 м²К / Вт

4. Расчет толщины утеплителя

Утепляющим слоем считаем слой 3 - пенопласт (100 кг/м³).

По табл. 6 СНиПа 2-3-79* определим коэффициент теплоотдачи наружной поверхностью ограждения внешней среде (наружному воздуху): б_н = 23 Вт/(м²К)

Вычислим сопротивление теплообмену

На внутренней поверхности R_в = 1/ б_в = 1/8,7 = 0,1149 м²К / Вт

На наружной поверхности R_н = 1/ б_н = 1/23 = 0,0435 м²К / Вт

Определим термическое сопротивление слоев конструкции с известными толщинами

Для 1 слоя: R₁ = д₁/л₁ = 0,02/0,7 = 0,0285 м²К / Вт

Для 2 слоя: R₂ = д₂/л₂ = 0,2/0,64 = 0,3125 м²К / Вт

Для 4 слоя: R₄ = д₄/л₄ = 0,12/0,64 = 0,1875 м²К / Вт

Вычислим минимально допустимое (требуемое) термическое сопротивление утеплителя:

R_ут^тр = R_о^тр - (R_в + R_н + ?R_i)

R_ут^тр = 2.63 - (0.1149+0.0435+0.0285+0.3125+0.1875) = 1.943 м²К / Вт

Вычислим толщину утепляющего слоя

д_ут^тр = л_ут*R_ут^тр

д_ут^тр = 0,05 * 1,943 = 0,097 м

Округлим толщину утеплителя до унифицированного значения, кратного строительному модулю:

Для минеральных, древесно-стружечных и пенопластовых слоев 2 см.

0,097 м = 9,7 см ? 10 см

Вычислим термическое сопротивление утеплителя (после унификации)

R₃ = д₃/л₃ = 0,01/0,05 = 0,2 м²К / Вт

Определим общее термическое сопротивление ограждения с учетом унификации

R_о = R_в + R_н + R₃ + ?R_i

R_о = 0,1149+0,0435+0,2+0,0285+0,3125+0,1875 = 0,8869 м²К / Вт

5. Проверка внутренней поверхности ограждения на выпадение росы

теплофизический утепляющий ограждение защита

Вычислим температуру на внутренней поверхности ограждения:

ф_в = t_в - (t_в - t_н)*R_в/R_о

ф_в = 19 - (19 - (-25))*0,1149/0,8869 = 13,3 ^оС

ф_в.>t_р => Выпадения росы на поверхности ограждения не будет.

Определим термическое сопротивление конструкции

R = ?R_i

R = 0.0285+0.3125+0.2+0.1875 = 0.728 м²К / Вт

Вычислим температуру в углу стыковки наружных стен по формуле:

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

ф_у = 19 - (0,175-0,039*0,728)*(19 - (-25)) = 19-0,1466*44 = 12,55

ф_у>t_р => Выпадения росы в углу не будет.

6. Проверка на выпадение росы в толще ограждения

Определим сопротивление паропроницанию каждого слоя:

Rп_i = д_i/µ_i

Rп₁ = д₁/µ₁ = 0.02/0.12 = 0.17

Rп₂ = 0.2/0.075 = 2.67

Rп₃ = 0.01/0.23 = 0.04

Rп₄ = 0.12/0.12 = 1

Конструкции в целом:

R_п=?R_пi

R_п = 0,17+2,67+0,04+1 = 3,88 м²чПа/мг

Вычислим температуру на поверхности ограждения ф_нп по формуле:

ф_вя = t_в - (t_в - t_н)*R_в/R_о

при температуре t_н= t_янв самого холодного месяца:

ф_вя = 19 - (19 - (-11,9))*0,1149/0,8869 = 15,85 ^оС

По прил. 1 «Методических указаний» найдем максимальную упругость Е_в*, отвечающую температуре ф_вя:

Е_в* = 1806

Графическим методом определим изменение температуры по толщине ограждения при средней температуре самого холодного месяца. Для этого на миллиметровой бумаге по оси абсцисс последовательно отложим значения сопротивлений R_в, R₁, R₂, R₃, R₄, R_н, составляющих в целом R_о. Через концы полученных отрезков проведем вертикальные тонкие линии. На оси ординат отложим значение температуры внутреннего воздуха t_в, а на линии, соответствующей концу R_н, - значение средней температуры самого холодного месяца (января) ф_вя. Точки t_в и t_вя соединим прямой линией. По точкам пересечения линии с границами слоев определим значения температур на границах:

ф_в = 14,7^оС

t_1-2 = 13,6^оС

t_2-3 = 3^оС

t_3-4 = -4^оС

ф_н = -10,6^оС

Для температур, определенных в п. 4 на границах слоев, по прил. 1 и 2 «Методических указаний» найдем максимальные упругости водяных паров Е на этих гарницах.

Е_в^¦ = 1671 Па

Е_1-2 = 1556 Па

Е_2-3 = 758 Па

Е_3-4 = 437 Па

Е_н^¦ = 245 Па

По аналогии с п. 4, только в координатных осях R_п и Е построим разрез ограждения. По всем границам слоев отложим найденные в п. 5 значения упругостей Е: Е_в^¦, соответствующая ф_в, расположим на границе с помещением, а Е_н^¦, соответствующая ф_н - на границе с улицей.

На внутренней поверхности конструкции отложим значение упругости паров в помещении е_в, а на наружной - значение е_н = 0,9* Е_н^¦, соединив полеченные точки прямой линией.

е_н = 0,9*245 = 220,5 Па

В пределах слоя линия максимальной упругости Е изменяется по монотонно убывающей экспоненте, поэтому в тех слоях, где эта линия заведомо пройдет выше линии е, ее можно провести по лекалу.

В третьем слое происходит пересечение линии Е с линией е, в этом случае на температурной линии на «графике распределения температур» наметим через равные интервалы три промежуточные точки, определим для них температуры, а по температурам найдем максимальные упругости Е, используя приложения 1 и 2 «Методических указаний». Найденные упругости отложим на «графике распределения упругости», в третьем слое, разделив его в тех же пропорциях, что и на «графике распределения температурах» по найденным точкам проведем линию Е.

Вспомогательные точки:

t₁ = 1,2^оС Е _t1 = 666 Па.

t₂ = -0,4^оС Е _t2 = 592 Па.

t₃ = -2,2^оС Е _t3 = 509 Па.

7. Проверка влажностного режима ограждения

Из точек е_в и е_н проведем касательные к кривой линии Е. Точки качания определят границы зоны конденсации на «графике распределения упругости».

В этой зоне найдем и выделим плоскость, в которой линия е максимально провисает над линией е. по графику «распределение упругостей» 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 = 2,7

R_пн = 2,9

Найдем положение плоскости возможной конденсации на «графике распределение температур». Плоскость конденсации поделит увлажняемый слой в той же пропорции, что и на «графике распределение упругостей», максимальной упругости в этой плоскости Е_к на «графике распределения упругостей» соответствует температура t_к, по которой можно проанализировать правильность перенесения плоскости возможной конденсации на «график распределения температур».

Определим средние температуры:

Зимнего периода, охватывающего месяцы со средними температурами ниже -5^оС

t_зим = ((-11,9)+(-11,3)+(-5,2)+(-8,7))/4 = -9,3^оС

весеннее-осеннего периода, включающего месяцы со средними температурами от -5^оС до +5^оС.

t_во = -2,4^оС

летнего периода, охватывающего месяцы со средними температурами более +5^оС

t_л = (5,8+15,1+20,0+22,1+20,6+14,4+5,7)/7 = 14,8^оС

периода влагонакопления, к которому относятся месяцы со средними температурами 0^оС и ниже

t_вл = ((-11,9)+(-11,3)+(-5,2)+(-2,4)+(-8,7))/5 = -7,9^оС

Температуры перечисленные периодов отложим на наружной плоскости «графика распределения температур» и полученные точки соединим с точкой t_в. Пересечения линии с плоскостью конденсации дадут температуры в этой плоскости для соответствующих периодов года, по которым определим максимальные упругости Е:

Период и его индекс	месяцы	Число месяцев z	Наружная температура периода	Упругость в плоскости конденсации
				t, oC	E, Па
1-зимний	I, II, III, XII	4	-9,3	-1,8	535
2-весенне-осенний	XI	1	-2,4	3,4	779
3-летний	IV, V, VI, VII, VIII, IX, X	7	14,8	15	1705
0-влагонакопления	I, II, III, XI, XII	5	-7,9	-0,4	592

Вычислим среднегодовую упругость насыщающих водяных паров в плоскости возможной конденсации:

Е = (Е₁*z₁+ Е₂*z₂+ Е₃*z₃)/12 = (535*4+779+1705*7)/12 = 1237 Па

Определим среднегодовую упругость водяных паров в наружном воздухе:

е_нг = ?₁¹²е_i /12 = (250+260+370+640+580+1180+

+1370+1310+930+660+460+350)/12 = 696,7 Па

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

R_пв^тр-1 = (е_в - Е)*R_пн/(Е - е_нг) = (1274-1237)*2,9/(1237-696,7) = 1,2 м²чПа/мг

Сравнив полученное значение с располагаемым сопротивлением R_пв=2,7, можно сделать вывод, что в увлажняемом слое накопления влаги не будет. Определим среднюю упругость водяных паров в наружном воздухе для периода влагонакопления:

е_о = ?е_но/z_о = (250+260+370+460+350)/5 = 338 Па

вычислим требуемое сопротивление паропроницанию внутренних слоев конструкции, ограничивающих приращение влажности в допустимых пределах:

R_пв^тр-2 = (е_в - Е_о)/((Е_о-е_о)/ R_пн)+(с*д*?щ_ср/100*z_о)) = (1274-592)/((592-338)/2,9)+(10⁸*0,01*25)/100*149) = 0,387 м²чпа/мг

Сравнив полученное значение с располагаемым сопротивлением R_пв=2,7 можно сделать вывод, что в увлажняемом слое приращения влаги не будет.

8. Проверка ограждения на воздухопроницание

Определим плотность воздуха в помещении и на улице:

с=(µ*Р)/(R*T)

с_в = (0,029*101000)/(8,31*292) = 1,2 кг/м³

с_н = (0,029*101000)/(8,31*248) = 1,4 кг/м³

8.2 вычислим тепловой перепад давления:

?Р_т = 0,56 (1,4-1,2)*9,81*12 = 13,2 Па

Определим расчетную скорость ветра, приняв в качестве таковой максимальное значение скорости ветра из тех румбов за январь месяц, на которых повторяемость ветра составляет 16% и более. V = 5,6 м/с

Вычислим ветровой перепад давления:

?Р_в = 0,3* с_н*v² = 0,3*1,4*5,6² = 13,2 Па

И суммарный перепад, действующий на ограждении:

?Р = ?Р_т + ?Р_в = 13,2+13,2 = 26,4 Па

По табл. 12 СНиПа 2-3-79* найдем допустимую воздухопроницаемость ограждения

G^н = 0,5 кг/м²ч

Определим требуемое сопротивление инфильтрации:

R_к^тр = ?Р/ G^н = 26,4/0,5 = 52,8 м²чПа/кг

Определим сопротивление воздухопроницанию каждого слоя:

Номер слоя	материал	Толщина, мм	Пункт пр 9	сопротивление
1	Штукатурка изв-песк	20	31	142
2	Бетон на вулк. шкале	200	1	40
3	пенопласт	10	23	79
4	Кирпич на цем-песч р-ре	120	6	2

Найдем располагаемое сопротивление воздухопроницанию:

R_к = 142+40+79+2 = 263

Сравнив его с требуемым, сделаем вывод, что воздухопроницания не будет.

Заключение

Конструкция будет отвечать нормативным требования по тепловой защите Rо = 0,8869 м²К / Вт, влажностному режиму и толщи по инфляции.

Общая толщина стены составляет 0,37 м

Масса 1 м² стены составляет ?с_i*д_i = 1600*0.02+1600*0.2+100*0.01+1700*0.12=557 кг/м²

Коэффициент теплопередачи К = 1/ Rо = 1/0,8869 = 1,13 Вт/м²К

Действующий перепад давления ?Р = 26,4 Па

Список литературы

1. СНиП 2-3-79*. Строительная тепломеханика/ Минстрой России. М., 1995. 28 с.

2. СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика. М.:Стройиздат, 1983.136 с.

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

Размещено на Allbest.ru