Теплотехнические расчеты наружных ограждений

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Строительная теплофизика»

Теплотехнические расчеты наружных ограждений

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА

. РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ЧЕРЕЗ НАРУЖНЫЕ ОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ

.1 Расчет коэффициента теплопередачи через наружную стену

.2 Расчет коэффициента теплопередачи через пол чердачного перекрытия

.3 Расчет коэффициента теплопередачи через пол первого этажа (над подвалом)

.4 Расчет коэффициента теплопередачи через заполнения световых проемов

. РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ВОЗДУХОПРОНИЦАНИЮ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

.1 Расчет разности давлений на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций

.2 Определение требуемого сопротивления воздухопроницанию

.3 Расчет сопротивления воздухопроницанию наружных стен

. РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНО-ВЛАЖНОСТНОГО РЕЖИМА НАРУЖНОЙ СТЕНЫ

.1 Определение общего сопротивления паропроницанию наружной стены

.2 Расчет плотности потока водяного пара через наружную стену

.3 Расчет распределения температуры, кривых максимальной и фактической упругости водяного пара по толщине наружной стены

.4 Анализ кривых упругости водяного пара

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

Целью настоящей курсовой работы является закрепление теоретических знаний и получение навыков теплотехнических расчетов наружных ограждений на конкретных примерах:

расчета требуемой толщины утепляющего слоя многослойной наружной стены, чердачного перекрытия, приведенного сопротивления и коэффициентов теплопередачи наружной стены, пола на лагах первого этажа и заполнений световых проемов (окон);

расчета воздухопроницаемости наружной стены и заполнений световых проемов;

расчета температурного и влажностного режимов наружной стены с определением (при необходимости) сопротивления паропроницанию дополнительной пароизоляции на внутренней поверхности стены.

Результаты выполнения курсовой работы могут быть использованы при выполнении курсового проекта по отоплению гражданского здания.

Настоящие указания состоят из трех основных разделов: определение коэффициентов теплопередачи через наружные ограждающие конструкции (стены, перекрытия, пол первого этажа, заполнения световых проемов); определение сопротивления воздухопроницанию наружной стены и заполнений световых проемов; расчет температурно-влажностного режима наружной стены. В них включены поясняющие примеры расчетов с указанием размерности как исходных данных, так и конечных результатов.

. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА

Район постройки здания -г. Барнаул.

Климатическая характеристика района постройки

Расчетные данные выбираются по СНиП 23-01-99[1] :

температура наружного воздуха наиболее холодной пятидневки tх5= tн для коэффициента обеспеченности 0,92 (минус 39 °С);

средняя температура отопительного периода tот.пер со средней суточной температурой наружного воздуха ? 8 °C (минус 7,7 °С);

продолжительность отопительного периода Zот.п (221 суток);

средняя температура наружного воздуха самого холодного месяца tхмес. (минус 17,5 °C);

средняя месячная относительная влажность воздуха наиболее холодного месяца jхмес. (76 %);

расчетная скорость ветра v для зимнего периода (максимальная из средних скоростей) по румбам за январь, повторяемость которых составляет 16 % и более (5,9 м/с).

Характеристика здания:

жилой дом в пять этажей;

высота первого этажа - 3 м, последующих - 2,7 м.

Характеристика помещения:

жилая комната;

расчетная температура в помещении tв (20 °С);

расчетная относительная влажность воздуха jв ( 50 %).

Характеристики наружных ограждений.

. РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ЧЕРЕЗ НАРУЖНЫЕ ОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ

Коэффициенты теплопередачи через наружные ограждения зданий используются для расчета тепловых потерь помещений, знание которых необходимо при расчете тепловых нагрузок систем отопления зданий. Коэффициенты теплопередачи через наружные ограждения вычисляются из выражения:

о = 1/Rо, (1)

где Rо - сопротивление теплопередаче, (м2×К)/Вт, ограждения, определяемое по [2, п. 2.6* ]

, (2)

где aв - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м2×К), принимаемый по [2, табл. 4*], (для примера расчета aв = 8,7 Вт/(м2×К);

aн - коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м2×К), принимаемый по [2, табл. 6*]=23;к - термическое сопротивление ограждающей конструкции, (м2×К)/Вт.

Для однородной однослойной конструкции значение Rк определяется по формуле [2]

к = d / l, (3)

где d - толщина слоя, м;

l - теплопроводность слоя, Вт/(м×К).

Для конструкции с последовательно расположенными однородными слоями значение Rк определяется по формуле [2]

Rк = R1 + R2 +...+ RN + Rвп, (4)

где R1, R2...RN - термические сопротивления слоев 1, 2,..., N, определяемые по формуле (3);вп - термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки

Расчетные значения теплопроводности l1... lN и другие теплофизические свойства для материалов конструкций наружных ограждений выбираются в зависимости от условий эксплуатации (А или Б). Эти условия определяются из табл. 2 с учетом температурного и влажностного режимов помещения (табл. 1).

Таблица 1

Условия эксплуатации ограждающих конструкций

РежимВлажность внутреннего воздуха, %, при температуредо 12 °Ссв. 12 до 24 °Ссв. 24 °ССухой Нормальный Влажный Мокрыйдо 60 св. 60 до 75 св. 75 -до 50 св. 50 до 60 св. 60 до 75 св. 75до 40 св. 40 до 50 св. 50 до 60 св. 60(1 - влажная; 2 - нормальная; 3 - сухая - по карте).

Таблица 2

Условия эксплуатации ограждающих конструкций в зависимости от влажностного режима помещений и зон влажности

Влажностный режим помещений (по табл. 1)Условия эксплуатации А и Б в зонах влажностиСухаяНормальнаяВлажнаяСухой Нормальный Влажный или мокрыйА А БА Б ББ Б Б

В рассматриваемом примере сухому режиму помещения (жилая комната) и сухой зоне места строительства (г. Барнаул - зона влажности 3) соответствуют условия эксплуатации А.

2.1 Расчет коэффициента теплопередачи через наружную стену

теплопередача стена пол пар

Цель расчета. Определить толщину конструкции наружной стены dнс и коэффициент теплопередачи kнс.

Исходные данные. Конструкция стены и размеры отдельных слоев показываются на рисунке в соответствии с вариантом. Для примера расчета выбираем конструкцию стены № 1. Теплофизические свойства материалов стены, для условий эксплуатации А, сводятся в табл. 3.

Таблица 3

Теплофизические свойства материалов наружной стены

Материал (плотность кг/м3Расчетные коэффициентыТолщина слоя d, мСопротивление воздухопроницанию RИ , м2×ч×Па/кг (толщина слоя d, мм)Теплопроводности l,Вт/(м×К)Паропроницаемости µ,мг/м×ч×ПаАБШтукатурка цементно-песчаным раствором (1800 кг/м3)0,760,090,015373Железобетон (2500 кг/м)1,920,030,119620Плиты минераловатные жесткие (200 кг/м3)0,070,45хут2Воздушная замкнутая прослойка Железобетон1,920,030,0059810

Толщина утепляющего слоя наружной стены хут определяется из условия, что сопротивление теплопередаче Rо должно быть не менее требуемого Rотр

о ³ Rотр. (5)

Для рассматриваемого примера расчета наружной стены, состоящей из четырех однородных слоев, выражение (5) имеет вид

³ Rотр. (6)

Откуда

хут ³ lут [ Rотр - ]. (7)

Для наружной стены aн = 23,0 Вт/(м2×К).

Требуемое сопротивление теплопередаче наружной стены Rотр, отвечающее санитарно-гигиеническим и комфортным условиям, определяется по формуле [2]:

Rотр = , (8)

где n - коэффициент, зависящий от положения наружной поверхности ограждения относительно наружного воздуха, выбирается по [2, табл. 3*]; 1

Dtн - нормируемый перепад температуры между внутренним воздухом и внутренней поверхностью ограждения (выбирается по табл. П.5.2);4в - расчетная температура внутреннего воздуха, °С, принимаемая согласно ГОСТ 12.1.005-88 и нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений;20н - расчетная зимняя температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92.

Нормируемый перепад температуры Dtн = 4 °C (cм. табл. П.5.2) и коэффициент n = 1 вследствие того, что наружный воздух непосредственно контактирует с наружным ограждением. Тогда

= = 1,695 (м2×К)/Вт.

Полученное значение отвечает санитарно-гигиеническим и комфортным условиям.

Определим значение , отвечающее условиям энергосбережения. Значения для этого случая приведены в табл. П.5.1 и зависят от вида ограждающей конструкции и градусосуток отопительного периода (ГСОП).

ГСОП = (tв - tоп)×Zоп, (9)

где tоп, Zоп - средняя температура, °С, и продолжительность, сут., периода со средней суточной температурой воздуха ? 8 °С 9. Для примера расчета: tв = 20 °С, tоп = минус 7,7 °С; Zоп = 221 сут.

ГСОП = (20 + 7,7)×221 = 6121 °С×сут.

По условиям энергосбережения (табл. П.5.1) для ГСОП = 6000 °C×сут.,

значение = 3,5 (м2×К)/Вт, а для ГСОП = 8000 °C×сут., значение

= 4,2 (м2×К)/Вт.

Интерполируя по расчетному значению градусосуток отопительного периода 6121 °C×сут., получаем

= 3,5 + ×121 = 3,925 (м2×К)/Вт.

Расчетным значением требуемого термического сопротивления наружной стены выбирается наибольшее, в данном случае вычисленное по условию энергосбереженияотр = 3,925 (м2×К)/Вт.

Из условия (7) при aн = 23 Вт/(м2×К) находим толщину утепляющего слоя конструкции

xут = 0,07[3,925- ()] = 0,25 м.

получаем хут = 0,25м.

Расчетная толщина наружной стены составляет

dнс = 0,015+0,1+0,25+0,05+ 0,05 = 0,465 м.

Расчетное сопротивление теплопередаче наружной стены вычисляется с уточненной толщиной утеплителя

Roнс = = 3,83 (м2×К)/Вт.

Расчетный коэффициент теплопередачи наружной стены, в соответствии с (1), составитнс = 1/3,83 = 0,26 Вт/(м2×К).

Результаты расчета.

Толщина утепляющего слоя dут = 0,25 м.

Толщина наружной стены dнс = 0,465 м.

Расчетный коэффициент теплопередачи kнс = 0,26 Вт/(м2×К).

2.2 Расчет коэффициента теплопередачи через пол чердачного перекрытия

Цель расчета. Определить толщину ограждения dпт и коэффициент теплопередачи kпт.

Исходные данные. Конструкция пола чердачного перекрытия. Размеры железобетонной плиты выбираются по последней цифре порядкового номера в групповом журнале.

3. Для примера расчета: dж/б = 0,30 м; d = 0,18 м; L = 0,23 м. Теплофизические свойства материалов конструкции, как показано выше, и сводятся в табл. 4.

Таблица 4

Теплофизические свойства материалов конструкции пола чердачного перекрытия

Материал, (плотность, кг/м3)Расчетные коэффициентыТол- щина слоя d, мСопротивление воздухопрони-цанию Rи, м2×ч×Па/кг (толщина слоя d, мм)теплопровод- ности l, Вт/(м×К)паропро- ницае- мости m, мг/м×ч×ПаАБШтукатурка цементно-песчаным раствором (1800 кг/м3)0,76-0,0900,015373Железобетон1,92-0,030,3519 620Плиты минераловатные жесткие на синтетическом связующем (200 кг/м3)0,07-0,45х2

Методика и пример расчета. Толщина утепляющего слоя определяется из выражения

(10)

где Rотр - требуемое сопротивление теплопередаче ограждения, (м2?К)/Вт;

Rпл - термическое сопротивление железобетонной плиты, (м2?К)/Вт;

dр - толщина слоя цементно-песчаного раствора, м;

lр - теплопроводность цементно-песчаного раствора, Вт/(м?К);

Для пола чердачного перекрытия aн = 12,0 Вт/(м2×К). Требуемое сопротивление теплопередаче ограждения Rотр, отвечающее санитарно-гигиеническим и комфортным условиям, определяется по формуле (8):

(м2?К)/Вт

Полученное значение отвечает санитарно-гигиеническим требованиям и комфортным условиям.

Значение , отвечающее условиям энергосбережения, определено ранее по формуле (9) и составляет 6121 °С×сут. Из таблицы П.5.1 видим, что

при ГСОП = 6000 °С×сут., значение = 4,6 (м2?К)/Вт, а при

ГСОП = 8000 °С×сут., значение = 5,5 (м2?К)/Вт.

Для значений ГСОП = 6121 °С×сут.

(м2?К)/Вт.

Расчетным значением требуемого термического сопротивления чердачного перекрытия будет в данном случае величина

= 5,14 (м2?К)/Вт.

Выполним расчет .

Входящая в состав чердачного перекрытия многопустотная плита является неоднородной конструкцией. Для нее в соответствии с [2, п.2.8] определяется приведенное термическое сопротивление изложенным ниже способом.

Для упрощения расчета заменяем круглое поперечное сечение пустот в плите равновеликим квадратным (рис. 1) с площадью

. (11)

Сторона квадрата из (11) будет равна

м.

В соответствии с нормативным методом расчета при Rа/Rб < 1,25 [2]

. (12)

Величина Rа вычисляется с использованием схемы, изображенной на рис. 1, а. Между условными плоскостями, параллельными направлению теплового потока (снизу - вверх), получаем две конструкции: трехслойную с однородными слоями между плоскостями I и II; однослойную - между плоскостями II и III. Площадь, которую воспринимает тепловой поток в трехслойной конструкции, обозначим через F1 = а × 1 = 0,159 м2. Площадь, которая воспринимает тепловой поток в однослойной конструкции, обозначим через F2 = (L - а) × 1 = (0,23 - 0,159) × 1 = 0,071 м2.

Термическое сопротивление трехслойной конструкции определяется по формуле (4)

. (13)

Термическое сопротивление воздушной прослойки Rвп . При dвп= а = 0,168 м, направлении теплового потока снизу вверх и положительной температуре в прослойке Rвп = 0,14 (м2?К) /Вт. Тогда, при d1 + d3 = (dж/б - а), имеем

(м2?К)/Вт.

Термическое сопротивление однослойной конструкции определяем по формуле (3)

(м2?К)/Вт.

Значение Rа определится по формуле [2]

, (14)

(м2?К)/Вт.

Рис. 1. Схемы расчета термического сопротивления многопустотной железобетонной плиты пола чердачного перекрытия (неоднородная ограждающая конструкция):

а - расчетная схема для определения термического сопротивления Ra;

б - расчетная схема для определения термического сопротивления Rб

Величина Rб вычисляется с использованием схемы на рис. 1, б. Плоскостями IV и V, перпендикулярными направлению теплового потока (в данном случае горизонтальными), условно разделяем конструкцию на однородные и неоднородные слои. Тогда искомое термическое сопротивление определится как сумма термических сопротивлений однородных слоев R1, R3 и неоднородного слоя R2

Rб = R1 + R2 + R3 . (15)

Термическое сопротивление однородных слоев толщиной d1 и d3 вычисляется по формуле (3)

(м2?К)/Вт.

Для неоднородного слоя приведенное термическое сопротивление определяется по формуле (14)

,

где = 0,140 (м2?К) /Вт; (м2?К) /Вт.

(м2?К)/Вт.

По формуле (15) вычисляем Rб

Rб = 0,037 + 0,12 + 0,025= 0,17 (м2?К)/Вт.

Убеждаемся, что отношение Rа/Rб = 0,19/0,17 = 1,12 меньше 1,25. Поэтому правомерно использовать формулу (12) для расчета приведенного термического сопротивления многопустотной железобетонной плиты пола чердачного перекрытия:

(м2?К)/Вт.

По формуле (10) определяем толщину утепляющего слоя

м.

Округляем полученное значение в сторону увеличения и принимаем далее в расчет dут = 0,33 м. Толщина ограждения составит

dпт = dр + dж/б + dут = 0,015 + 0,35+ 0,33 = 0,7 м.

Уточняем расчетное значение сопротивления теплопередаче ограждения по формуле (2)

(м2?К)/Вт.

Искомый коэффициент теплопередачи вычисляем по формуле (1)

Вт/(м2?К).

Результаты расчета. Толщина ограждения dпт = 0,7 м.

Толщина утепляющего слоя dут = 0,33 м.

Коэффициент теплопередачи Вт/(м2?К).

2.3 Расчет коэффициента теплопередачи пола первого этажа (над подвалом)

Цель расчета. Определить толщину конструкции пола на лагах dпл и коэффициент теплопередачи этого ограждения kпл.

Исходные данные. Конструкция с размерами элементов пола, включающая сосновые доски на лагах, которые опираются через кирпичные столбики на железобетонную панель перекрытия (показывается на рисунке, аналогично рис. 3). Теплофизические свойства материалов, используемых в перекрытии, устанавливаются аналогично п.2.1, п.2.2 и сводятся в таблицу. Для рассматриваемого примера данные сведены в табл. 5.

Таблица 5

Теплофизические свойства материалов пола первого этажа

Материал, (плотность, кг/м3)Расчетные коэффициентыТолщина слоя d, мСопротивление воздухо-проницанию Rи, м2×ч×Па/кг (толщина слоя d, мм)теплопровод- ности l, Вт/(м×К)паропро- ницае- мости m, мг/м×ч×ПаАБСосна поперек волокон (r = 500 кг/м3)0,14-0,060,0291,5 (20)Железобетон1,92-0,030,16019 620 (100)Плиты минераловатные жесткие на синтетическом связующем (200 кг/м3) -0,07 - 0,45 х2 (150)

Рис. 2. Конструкция пола первого этажа:

- доска сосновая (= 500 кг/м3); 2 - воздушная прослойка (вп = 0,04 м); 3 - плиты минераловатные жесткие на синтетическом связующем (= 200 кг/м3); 4 - панель перекрытия железобетонная (? = 2500 кг/м3)

Расчет. Требуемое сопротивление теплопередаче, отвечающее санитарно-гигиеническим и комфортным условиям, определяем аналогично п.2.2. Для рассматриваемого примера tв, tн и aв - те же, что в п. 2.2;

Dtн = 2 °C (табл. П.5.2); n = 0,4 [2].

= 0,4 × (20 + 39)/(2?8,7) = 1,149 (м2?К)/Вт.

Требуемое сопротивление теплопередачи, отвечающее условию энергосбережения, определяется аналогично п.2.2 между 4,6 и 5,5 (м2?К)/Вт по табл. П.5.1

? 121 = 4,654 (м2?К)/Вт.

Расчетное принимаем большее из полученных значений
= 4,654 (м2?К)/Вт.
Толщина утепляющего слоя определится из выражения

³.

Для рассматриваемого примера: dд = 0,029 м; Rвп = 0,165 (м2?К)/Вт;
dж/б = 0,16 м; aн = 6 Вт/(м2?К). Тогда
³ = 0,274 м.

Округляем полученное значение хут = 0,28 м с последующим уточнением расчетного значения сопротивления теплопередачи и толщины конструкции пола:

=4,729 (м2?К)/Вт;

dпл = 0,029 + 0,040 + 0,28 + 0,160 = 0,509 м.

Коэффициент теплопередачи пола первого этажа определится по формуле (1)пл = 1/4,79 = 0,211 Вт/(м2?К).

Результаты расчета. Толщина утепляющего слоя хут = 0,28 м;

Толщина конструкции пола dпл = 0,51 м;

Коэффициент теплопередачи kпл = 0,211 Вт/(м2?К).

2.4 Расчет коэффициента теплопередачи через заполнения световых проемов

Цель расчета. Выбрать конструкцию заполнения световых проемов, определить коэффициент теплопередачи ko.

Исходные данные. Расчетная температура внутреннего воздуха tв= 20 °C; средняя температура наиболее холодной пятидневки (обеспеченность 0,92) tх5 = tн= минус 39 °C.

Расчет. Приведенное сопротивление теплопередачи Roтр заполнений световых проемов (окон, балконных дверей и фонарей) принимается по табл. П.5.1 в зависимости от значения ГСОП. Для примера расчета эта величина равна 6121 °С×сут. Для ГСОП = 6000 °С×сут. (из табл. П.5.1) имеем Roтр = 0,50 (м2×К)/Вт, а для ГСОП = 8000 °С×сут. эта величина равна Roтр = 0,60 (м2×К)/Вт. Интерполяция между этими значениями для

ГСОП = 6121 °С×сут. дает значение

Roтр = 0,50 + = 0,506 (м2×К)/Вт.

С учетом того, что Ro должно быть больше Roтр, из табл. П.5.3 находим, что требуемому сопротивлению теплопередаче, определенному выше, соответствует для жилых помещений: двухслойные стеклопакеты в деревянных переплетах с заполнением межстекольного пространства аргоном Ro = 0,52 (м2×К)/Вт.

Принимаем для жилых помещений двухслойные стеклопакеты в деревянных переплетах с заполнением межстекольного пространства аргоном. Коэффициент теплопередачи через окна составит ko = 1/Ro = 1/0,52 = 1,923 Вт/(м2×К).

Результаты расчета. ko = 1,923 Вт/(м2×К).

. РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ВОЗДУХОПРОНИЦАНИЮ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

3.1 Расчет разности давлений на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций

Воздухопроницаемость материалов наружных ограждающих конструкций определяется их сопротивлением воздухопроницанию, которое должно быть не менее требуемого сопротивления Rитр, рассчитанного [2] по формуле:

итр = Dp / Gн, (16)

где Dp - разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций, Па;н - нормативная воздухопроницаемость ограждающих конструкций, кг/(м2×ч), принимаемая по таблице П.5.4.

Разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций определяется по формуле

Dp = 0,55 Нp(gн - gв) + 0,03 gн v2, (17)

где Hp - расчетная высота здания (от поверхности земли до верха карниза), м;н, gв - удельный вес соответственно наружного и внутреннего воздуха,

Н/м3, определяемый по формулам

н = 3463 / (273 + tн); gв = 3463 / (273 + tв); (18)

- максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь, повторяемость которых составляет 16 % и более.

Для примера расчета: Нp=3+2,7×4=13,8 м; tн= минус 39 °C; tв = 20 °C;= 5,9 м/с.н = 3463/(273 - 40) = 14,799 Н/м3;в = 3463/(273 + 20) = 11,819 Н/м3;

Dp = 0,55×13,8×(14,799 -11,819)+ 0,03×14,799×(5,9)2 =38,06 Па.

3.2 Определение требуемого сопротивления воздухопроницанию

Для наружной стены расчет выполняется по формуле (2.1).

Для рассматриваемого примера (табл. П.5.4) величина Gн = 0,5 кг/(м2×ч). Тогдаитр = 37,06/0,5 = 76,12 м2×ч×Па/кг.

Для окон и балконных дверей требуемое сопротивление воздухопроницанию жилых и общественных зданий определяется по формуле [2]:

Rитр = (1 / Gн)×[(Dp / Dpo)2/3], (19)

где Dpo = 10 Па - разность давления воздуха, при которой определяется

сопротивление воздухопроницанию.

Для рассматриваемого примера из табл. П.5.4 находим Gн = 6 кг/(м2×ч).итр = (38,06/10)2/3/6 = 0,406 м2×ч×Па/кг.

Сопротивление воздухопроницанию, в соответствии с [2, п 5.5*], окон и балконных дверей жилых и общественных зданий, а также окон и фонарей производственных зданий Rи должно быть не менее требуемого, определенного по формуле (19). Госстроем РФ введена обязательная сертификация заполнений световых проемов, предусматривающая определение Rи в программе сертификационных испытаний. В Томском ГАСУ построена уникальная климатическая камера, в которой проводятся сертификационные испытания.

3.3 Расчет сопротивления воздухопроницанию наружной стены

Сопротивление воздухопроницанию Rи, м2×ч×Па/кг, наружной стены (как многослойной ограждающей конструкции) равно сумме сопротивлений воздухопроницанию каждого слоя:

и = Rи1 + Rи2 + Rи3 (20)

Сопротивление воздухопроницанию слоев ограждающих конструкций (стен, покрытий), расположенных между воздушной прослойкой, вентилируемой наружным воздухом, и наружной поверхностью ограждающей конструкции, не учитывается.

Для примера определяем= R5=373×15/15=373 м2×ч×Па/кг; R2 = R4=18×125/250=9м2×ч×Па/кг;и3 = 79×410/100 = 323,9 м2×ч×Па/к. Тогдаи = 80 + 18 + 323,9 = 421,9 м2×ч×Па/кг.

Сравнивая полученное Rи с требуемым (421,9 м2×ч×Па/кг), убеждаемся, что конструкция наружной стены удовлетворяет требованиям по воздухопроницаемости.

При наличии слоя штукатурки из цементно-песчаного или известкового растворов в первую очередь определяется сопротивление воздухопроницанию этого слоя. Если оно оказывается больше требуемого, то стена удовлетворяет требованиям по воздухопроницанию (как в примере расчета).

. РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНО-ВЛАЖНОСТНОГО РЕЖИМА НАРУЖНОЙ СТЕНЫ

Цель расчета. Определение общего сопротивления паропроницанию наружной стены Rоп, (м2×ч×Па/мг), определение плотности потока водяного пара gп (мг/м2×ч), расчет температурного поля по толщине стены tнс(х), расчет кривой максимальной упругости водяного пара по толщине стены Е(х), расчет кривой фактической упругости водяного пара по толщине стены е(х), анализ взаимного расположения кривых упругости водяного пара.

4.1 Определение общего сопротивления паропроницанию наружной стены

Сопротивление паропроницанию многослойной конструкции наружной стены складывается из сопротивлений влагообмену на ее внутренней Rпв и наружной Rпн поверхностях, а также суммы сопротивлений паропроницанию каждого слоя i (i =1 ... N)

Rоп = Rпв + + Rпн. (21)

Сопротивление паропроницанию каждого слоя конструкции вычисляется по формуле

= di/mi, (22)

где di - толщина слоя, м;

mi - расчетный коэффициент паропроницаемости, м×ч×Па/мг.

Сопротивления влагообмену принимаются для всех вариантов [4]:пв = 0,0267 м2×ч×Па/мг; Rпн = 0,0053 м2×ч×Па/мг.

Сопротивления паропроницаемости отдельных слоев для рассматриваемого примера вычисляем по (3.2), м2×ч×Па/мг:п1 = 0,02/0,075 = 0,27; Rп2 = 0,125/0,11 = 1,14;

Rп3 =0,12/0,05 = 2,4.

Общее сопротивление паропроницаемости наружной стены

Rоп = 0,0267+ 0,54 + 2,28 + 2,4 + 0,0053 = 5,244 м2×ч×Па/мг.

4.2 Расчет плотности потока водяного пара через наружную стену

Искомая величина qп определяется по формуле

п = (ев - ен)/Rоп, (23)

где ев - расчетная упругость водяного пара (парциальное давление) в воздухе помещения, Па;

ен - расчетная упругость водяного пара в наружном воздухе, Па.

Величины ев и ен определяются из выражений:

ев = Ев ×jв/100; ен = Енмес ×jнмес./100, (24)

где Ев, Енмес. - упругость водяного пара при полном насыщении, определяются

по температурам tв и txмес. соответственно;

jв, ×jнмес - относительная влажность воздуха

Для рассматриваемого примера: jв, = 50 %; jнмес = 82 %;

Ев = 2338 Па; Енмес. = 116 Па (для tхмес. = минус 18,8 °С).

ев = 2338×50/100 = 1169 Па; ен = 116×80/100 = 92,8 Па.

qп = (1169 - 92,8)/5,244 =205,23 мг/(м2×ч).

.3 Расчет распределения температуры, кривых максимальной и фактической упругости водяного пара по толщине наружной стены

Температура tнс(х) на любой координате по толщине стены определяется по формуле

tнс(х) = tв - (tв - tнмес.), (25)

где - Rрнс(х) - расчетное сопротивление теплопередаче ограждения со стороны помещения до рассматриваемой координаты х.

Для примера расчета при х = 0, Rрнс (0) = 1/aв = 0,1149 (м2×К)/Вт.

При х = 0,02 значение Rрнс(0,02) = 1/aв + d1/l1 = 0,115 + 0,015/0,76= 0,135 (м2×К)/Вт и так далее для других координат х.

По толщине каждого отдельного слоя функция tнс(х) будет линейна, но функция Е(х) зависит от температуры нелинейно (рис. 4). В рассматриваемом примере для учета нелинейности этих функций в слое утеплителя (dут = 0,26 м) введены две дополнительные координаты (х = 0,18 м; х = 0,26 м)

Значения функции Е(х) выбираются по температурам tнс(х), а значения функции е(х) вычисляются по формуле

е(х) = ев (ев - ен), (26)

Рис. 3. Расчетные значения функций tнс(х), Е(х) и е(х) по толщине стены:

где Rоп(х) - сопротивление паропроницаемости части стены от внутренней поверхности до рассматриваемого сечения с координатой х.

В рассматриваемом примере расчета: при х = 0, имеемоп(0) = Rпв = 0,027 м2×ч×Па/мг; при х = 0,02 имеем Rоп(0,02) = 0,29 м2×ч×Па/мг. Для остальных координат: Rоп(0,08) = 1,02; Rоп(0,08) = 1,75;оп(0,08) = 2,48; Rоп(0,08) = 3,21; Rоп(0,06) = 3,76; Rоп(0,08) = 3,94; Rоп(0,08) = 4,12; Rоп(0,09) = 4,32 м2×ч×Па/мг.

Для анализа возможной конденсации водяного пара по толщине наружной стены вычисляется и разность е(х) - Е(х).

Результаты расчета сводятся в таблицу, аналогичную таблице 6 для рассматриваемого примера.

Таблица 6

d, м0,20,0630,0630,060,060,0630,0630,02Rрнс(х)0,1150,2050,2951,7953,2953,3854,4753,58tнс(х)18,7817,8314,6612,8911,119,338,04-10,4Е(х)2077186516721488132111801072245Rоп(х)0,0270,291,021,752,483,213,763,94е(х)1162,261096,65914,54732,24550,32368,21231186,1е(х) - Е(х)-914,74-768,5-757,5-755,8-770,7-811,8-841-58,9

Расчетные значения функций Rрнс(х), tнс(х), Е(х), Rоп(х), е(х), е(х) - Е(х)

По результатам расчета строятся графики функций tнс(х), Е(х) и е(х), (в масштабе 1:5 по координате х), как показано на рис. 3., для рассматриваемого примера расчета.

.4 Анализ кривых упругости водяного пара

При рассмотрении взаимного расположения кривых функций е(х) и Е(х) возможны два случая:

) кривые не пересекаются, а это означает, что при средней температуре самого холодного месяца конденсации водяного паров в толще ограждения не будет и расчет на этом заканчивается;

Из табл. П.5.6 видим, что для обеспечения расчетного значения Rпдоп на внутреннюю поверхность наружной стены необходимо нанести не менее трех слоев эмалевой краски с сопротивлением паропроницанию каждого слоя

,48 м2?ч?Па/мг. Возможны и другие варианты обеспечения расчетного значения Rпдоп, которые затем согласуются с Заказчиком. Возможны и изменения в конструкции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Во исполнение Закона РФ «Об энергосбережении» от 03.04.96 г. № 28-ФЗ, Постановления Минстроя России от 11.08.95 г. № 18-81 «О принятии изменения № 3 строительных норм и правил СНиП II-3-79* "Строительная теплотехника"» и последующего изменения № 4 существенно изменены требования к теплотехническим свойствам наружных ограждений. Во всех субъектах РФ разрабатываются и реализуются региональные и городские программы энергосбережения, программы жилищно-коммунальных реформ, предусматривающие проектирование зданий с сопротивлением теплопередаче наружных ограждений по условиям энергосбережения, что особенно актуально для условий Сибири. В связи с этим в г. Томске успешно реализуется программа энергосбережения, утвержденная Постановлением главы областной администрации 22.05.96 г. № 132. Проектными организациями г. Томска при активном участии ученых ТГАСУ предлагаются различные варианты конструкций наружных стен для нового строительства и для повышения теплозащитных свойств наружных ограждений существующих зданий.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Богословский В.Н. Строительная теплофизика (теплофизические основы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха).-М.:Высшая школа, 2012.- 415 с.

. Ильинский В.М. Строительная теплофизика (ограждающие конструкции и микроклимат здания).-М.:Высшая школа,2004.-320 с.

. Цветков Н.А. Теплотехнический расчет режимов работы наружных ограждений: Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Строительная теплофизика» Томск. Изд-во Томской государственной архитектурно-строительной академии, 2010.- 42 с.

. Цветков Н.А. Теплотехнический расчет наружных стен и заполнений световых проемов: Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Строительная теплофизика» для студентов заочной формы обучения Томск. Изд-во Томского государственного архитектурно-строительного университета, 2009.- 35 с.

КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине «Строительная теплофизика» Теплотехнические расчеты наружн

Больше работ по теме: