Теплопередача в здании

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задача 1.

С целью эффективного устройства теплоизоляции ограждающих конструкций зданий (сооружений), оценки и устранения возможных неплотностей в местах (узлах) соединений несущих конструкций необходимо определить сопротивление теплопередаче стены (покрытия).

Панель состоит из четырех слоев:

бетонные фактурные слои (бетон с каменным щебнем) (наружный и внутренний)	с = 2500 кг/м3, л = 1,45 Вт/мК
фибролит цементный	с = 350 кг/м3, л =0,15 Вт/мК
минерал ватные плиты	с = 200 кг/м3, л =0,07 Вт/мК
Определить сопротивление теплопередаче стеновой панели: «Строительная теплотехника». СНиП II-3-79*, устанавливает расчетные величины и коэффициентов и сопротивлений теплопередаче. Необходимо определить:
сопротивление тепловосприятию	RВ = 0,115 м2К /Вт
внутренний фактурный слой 80 мм	R1 = 0.06 м2 К /Вт
цементный фибролит 75 мм	R2 = 0.05 м2 К /Вт
минераловатные плиты 55 мм	R3 = 0.786 м2 К /Вт
наружный фактурный слой 40 мм	R4 =0.028 м2 К /Вт
сопротивление теплоотдаче	Rн = 0.043 м2 К /Вт
Сопротивление теплопередаче панели	Rоб = 1,532 м2 К /Вт

Если ограждение по толщине состоит из нескольких последовательно размещенных однородных слоев различных материалов, расположенных перпендикулярно направлению теплового потока, то термическое сопротивление ограждения будет равно сумме термических сопротивлений всех его слоев. Следовательно, для многослойного ограждения термическое сопротивление его определяется по формуле

R = R₁ + R₂ + R_3…. .+ Rn = + ++…, (1)



где R₁ + R₂ + R₃… - термические сопротивления отдельных слоев;

д₁, д₂ - толщины отдельных слоев в м.;

л₁, л₂ - коэффициенты теплопроводности материалов отдельных слоев в ккал/м • ч• град; сопротивление теплоизоляция стена несущий

n -- число слоев, составляющих ограждение.

Дано:

1) Бетонный фактурный слой, (бетон с каменным щебнем) (наружный и внутренний слои): л_Н = л_ВН = 1,45 Вт/м⁰К, с = 2500 кг/м³.

2) Фибролит цементный: с = 350 кг/м³, л = 0,15 Вт/мК.

3) Минерал ватные плиты: с = 200 кг/м³, л = 0,07 Вт/мК

4) Сопротивление тепловосприятию (принимаем в соответствии СНиП) R_В =0,115 м² К /Вт.

5) Внутренний фактурный слой: 80 мм = 0,08 м.

6) Цементный фибролит: 75 мм = 0,075 м

7) Минераловатные плиты: 55 мм- 0,055 м.

8) Наружный фактурный слой: 40 мм = 0,04 м.

9) Сопротивление теплоотдаче ( в соответствии СНиП табл. №5):

R_Н = 0,043 м² К /Вт.

Решение:

Определим термические сопротивления каждого слоя:

R₁ = = = 0.06 м² К /Вт

R₂ = = = 0.05 м² К /Вт

R₃ = = = 0.786 м² К /Вт

R₄ = = = 0.028 м² К /Вт

По формуле 1 определим R_об = м² К /Вт



R_об = R_В + R₁ +R₂ + R₃ + R₄ + R_Н,

R_об = 0,115 + 0,06 + 0,5 + 0,786 + 0,028 + 0,043 = 1,532 м² К /Вт

Полученное сопротивление теплопередаче панели R_об = 1,532 м² К /Вт относится к сечению по утеплителю, но в панели имеются железобетонные ребра, соединяющие фактурные слои и обрамляющие панели по контуру. Эти ребра имеют толщину 25-30 мм. По этим ребрам сопротивление теплопередаче панели.

R_реб. = R_ВН + + R_Н;

R_реб = 0,115 + + 0,043 = 0,115 + 0,17 + 0,043 = 0,33 м² К /Вт.

Соответственно коэффициенты теплопередачи панели будут:

в сечении по утеплителю K₁ = = = 0,653 Вт/м² К

в сечении по ребрам K₂ = = = 3,03 Вт/м² К

В панели без окна площадь ребер составляет 6,5% полной площади панели, необходимо определить средний коэффициент теплопередачи панели

K_ср = 3,03*0,065 + 0,653*0,935 = 0,808 Вт/м² К

т. е. в панели с ребристой поверхностью коэффициент теплопередачи повысился на 25%. Среднее сопротивление теплопередаче панели равно:

R_{0 ср} = = = 1,238 м² К /Вт

1,532-1,238 = 0,294 м² К /Вт;

х100 = 19,19 %

1,532 > 1,238.

R_об. > R_{0 ср}

Сопротивление теплопередаче панели уменьшается на 19,9%.

Задача 2.

С целью комплексного исследования тепло массопереноса необходимо определить теплоизоляцию чердачного перекрытия над административным зданием. Перекрытие состоит из железобетонной плиты толщиной 200 мм, утепляющего слоя шлака доменного гранулированного и известково-песчаной стяжки толщиной 25 мм. Определить толщину слоя шлака доменного гранулированного, чтобы перекрытие имело сопротивление теплопередаче R_об.= 1,12 м² К /Вт.

Определить сопротивление теплопередаче R₂ перекрытия без слоя шлака доменного гранулированного при коэффициентах теплопроводности железобетона л = 1,63 Вт/мК и стяжки л =0,81 Вт/мК. Определить термическое сопротивление слоя шлака доменной засыпки: R_зас. Принять для шлака доменного плотность 500 кг/м3, коэффициент теплопроводности

л = 0,16 Вт/мК

Решение:

Находим необходимое сопротивление теплопередаче перекрытия R₂:

R₂^ґ= + + = 0,115 + + + 0,086 = 0, 35 м²К /Вт.

Слой засыпки шлака доменного гранулированного должен иметь сопротивление теплопередаче:

R_зас = R_об - R₂;



R_зас = 1, 12 - 0, 35 = 0, 77 м²К /Вт.

Определяем необходимую толщину засыпки д = R₂л₂:

R_зас^ґ= = д_зас х л_зас = 0, 77 х 0, 16 = 0, 12 = 12 см.

Ответ: сопротивление теплопередаче R₀ перекрытия без слоя шлака доменного гранулированного R₂ =0, 35 м²К /Вт., термическое сопротивление слоя шлака доменной засыпки R_зас = 0,77 м²К /Вт.; необходимая толщина засыпки д_зас = 12 см.

Задача 3.

С целью установления наиболее эффективных методов теплоизоляции определить термическое сопротивление бетонного пустотелого камня (рис. 2), пустоты которого заполнены войлоком минераловатным. Высота камня 250 мм. Примем для бетона л=1,163 Вт/мК; для войлока минераловатного л=0,06 Вт/мК.

Решение:

В строительной практике встречаются ограждения, в которых однородность материала нарушена как в перпендикулярном, так и в параллельном тепловому потоку направлении. Такие ограждения можно рассматривать состоящими из нескольких слоев, расположенных перпендикулярно тепловому потоку, но с нарушением однородности материала в одном или в нескольких слоях. В этом случае расчет приходится производить следующим образом.

А. Плоскостями, параллельными направлению теплового потока, разрезаем камень на участки I, II, III. Определяем термические сопротивления R участков и площади их по поверхности камня F:

участки I и III



R_I = R_III = = = 0,17 м²К /Вт

F_I = F_III = 0,06 х 0,2 = 0,012 м²

участок II

R_II = + + = + + = 1.43 м²К /Вт

F_{I I} = 0,28 х 0,02 = 0,056 м²

Разрезаем конструкцию плоскостями, параллельными направлению теплового потока, на элементы, состоящие из одного или нескольких слоев, перпендикулярных направлению теплового потока, однородность материала в которых не нарушена. Рассматривая теперь конструкцию как бы состоящей из элементов с различными термическими сопротивлениями, но имеющих одинаковую толщину, равную толщине конструкции, определим ее среднее термическое сопротивление по формуле:

R_II = = = = 0.17 м²К /Вт

Б. Плоскостями, перпендикулярными направлению теплового потока, разрезаем камень на слои 1, 2 и 3.

Определяем термические сопротивления слоев 1 и 3:

R₁ = R₃ = = = 0.052 м²К /Вт; F_I = F_III = 0, 06 х 0, 4 = 0,024 м²

В слое 2 однородность материала нарушена, поэтому, сначала определяем средний коэффициент теплопроводности его материалов по формуле:



л_СР = = ==0,725 Вт/мК

Термическое сопротивление слоя 2:

R₂ = = = 0, 11 м²К /Вт

По формуле

R = R₁ + R₂ + R₃ определяем R _?

R _? = R₁ + R₂ + R₃ = 0,052 + 0, 11 + 0,052 = 0,214 м²К /Вт.

Оценим разницу в величинах термических сопротивлений R_II и R _?.

R _об = = = = 0,299 м²К /Вт

R_II = 0,47 > R _? = 0,214

Задача 4.

Определить сопротивление теплопередаче стены комбинированной кладки, сложенной из силикатного кирпича на цементном растворе и с заполнением легким бетоном.

Для расчета используем значения коэффициентов теплопроводности материалов стены:

кладка из пористого кирпича на легком растворе л= 0,58 Вт/мК

легкий бетон объемного веса 800 г/м3 л = 0,29 Вт/мК

внутренняя штукатурка теплым растворов л = 0,7 Вт/мК

наружная штукатурка сложным раствором л = 0,87 Вт/мК

Решение.

Однородность материала стены нарушена как в параллельном, так и в перпендикулярном тепловому потоку направлении, следовательно, расчет необходимо произвести дважды.

Так как структура стены в продольном направлении не меняется, в качестве расчетной площади по поверхности стены необходимо принять по высоте шесть рядов кладки длиной 1 метр, тогда расчетная площадь F= м2.

А. Расчет параллельно тепловому потоку.

Плоскостями, параллельными направлению теплового потока, необходимо разрезать стену на два участка I и II.

Участок 1. Сплошная кирпичная кладка с наружной и внутренней штукатуркой. Определим термическое сопротивление этого участка.

R_II = + + = + + = 0,021 + 0,879 + 0,017 =0,917 м²К /Вт

Площадь первого участка F_I = 0,14 м^2.

F_I = 0,14 х 0,54 = 0,076 м²

Участок II. Кирпичные стенки, легкий бетон и штукатурка (два слоя):

R_II = + + + + = 0,021 + 0,207 + 0,931 + 0,207 + 0,021 =1,39 м²К /Вт

Площадь второго участка F_II = 0,31 м²

F_II = 0,31 х 0,54 = 0,167 м²

Определим термическое сопротивление стены R_II :

R_II = = = = 1,197 м²К /Вт



Б. Расчет перпендикулярно тепловому потоку

Плоскостями, перпендикулярными тепловому потоку, разрезаем стену на пять слоев.

Определяем термическое сопротивление:

R₁= = = 0,021 м²К /Вт

слой 2 и 4. Кирпичные стенки R₂ = R_{4 .}

R₂ = R₄ = = 0,207 м²К /Вт

слой 3. Легкий бетон с перевязывающими рядами кирпичной кладки.

Для того что бы определить термическое сопротивлении слоя 3, предварительно определяем средний коэффициент теплопроводности материалов слоя 3:

л_СР3 = = = = =

= 0,38 Вт/мК.

Исходя из полученной величины теплопроводности, определяем R₃.

R₃ = = = 0,71 м²К /Вт

слой 5. Наружная штукатурка.

Определяем термическое сопротивление R₅.

R₅ = = 0,017 м²К /Вт

F₁ = F₅ = 0,015 х 0,31 = 0,0047 м²

F₂ = F₄ = 0,012 х 0,31 = 0,0372 м²

F₃ = 0,31 х 0,27 = 0,0837 м²

Определяем термическое состояние стены R_?.

R_? = R₁ + R₂ + R₃ + R₄ + R₅ = 0,021 + 0,207 + 0,71 + 0,207 + 0,017 = 162 м²К /Вт

Рассмотрим, на сколько, величина R_II отличается от величины R_?.

R _об = = = = 1,17 м²К /Вт

R_II = 1,197 > R_?= 1,162

Задача 5.

Определить температуру воздуха на чердаке над перекрытием, административного здания.

Перекрытие имеет коэффициент теплопередачи K₁ = 0,78. Кровля стальная по обрешетке из досок сечением 4Х10 см с промежутками между ними 10 см. Количество теплоты, которое выделяется системой отопления Q₀ = 93 Вт. Город Смоленск t⁰ = -26 ⁰C.

Решение.

Определяем термическое сопротивление по стали.

Для стали д = 0,005м, л_ст = 58 Вт/мК

R₀ = = = 0,000086 м²К /Вт

Считаем термическое сопротивление стали равным нулю, поэтому термическое сопротивление стали в дальнейших расчетах можно не учитывать.

Термическое сопротивление в сечении по стали наружной поверхности выходящей на чердак, принимаем в соответствии СНиП табл. №5,

R_Н = 0,086 м²К /Вт, а поверхности выходящей на наружный воздух

R_вн = 0,043 м²К /Вт.

Определяем термическое сопротивление в сечении по стали

R₀^ґ = + = R_Н + R_вн = 0,086 + 0,043 = 0,129 м²К /Вт

Определяем термическое сопротивление в сечении по деревянной обрешетке. Для сосновых досок л = 0,17 Вт/мК

R₀^ґґ = R_Н + + R_вн = 0,086 + + 0,043 = 0,364 м²К /Вт

Общее термическое сопротивление кровли, принимая длину l =1м.

Fґ = 0,1х 1 = 0,1 м²

F^ґґ = 0,1х 1 = 0,1 м²

R_II = = = = = 0,19 м²К /Вт

Коэффициент теплопередачи кровли

K₂ = = = 5.26 Вт/м²К

Принимаем температуру воздуха под перекрытием t_воз = 18°С. Температуру наружного воздуха для г.Смоленска t_н= -26°С. На 1 м длины здания имеем площадь чердачного перекрытия F_чер = 18 м². Кровля имеет уклон около 30°. Площадь кровли F₂ равна:



F₂ = = = 20,8 м²

Объем чердака V=36 м³. Принимаем воздухообмен чердака с наружным воздухом однократным в час, получаем, что объем воздуха, поступающего на чердак, равен объему чердака V=36 м³

с_воз (на наружном воздухе) = 1,44 х 36 = 51,84 кг/ч = 0,0144 кг/с

Расход воздуха равен:

W_воз = q_воз V = 1,45 х 36 = 52,2/3600 = 0,0145 кг/с

с_воз (через интерполяцию) = 1,45

Определяем температуру воздуха в не отапливаемом помещении t_х, в котором проходят изолированные трубы верхней разводки системы отопления и осуществляется воздухообмен с наружным воздухом: с=1005 Дж

t_x = = = = = -20,85 ⁰С.

Ответ: температура воздуха на чердаке над перекрытием административного здания равна -20,85 ⁰С

Задача 6.

Рассчитать распределение температуры в наружной стеновой панели, рассмотренной в 1.1. Принять температуру внутреннего воздуха t_в = 18°С и наружного воздуха t_н = -26 °С. Так как температурный перепад Д_t в каждом слое ограждения пропорционален его термическому сопротивлению R, определить разность температур внутреннего и наружного воздуха t_вн - t_н.

Решение.

Определим разность температур внутреннего и наружного воздуха

Д_t = t_вн - t_н = 18- (-26) = 44 ⁰С

Расчет температуры в ограждении делаем на основании следующих соображений.

Количество тепла, проходящего за 1 ч через 1м² ограждения,

Q = ,

где t_вн - t_н - разность температур внутреннего и наружного воздуха.

Q = = = =28,72 ккал/ч.

Количество тепла, воспринимаемого 1м² внутренней поверхности ограждения за 1 ч.

Q_В = = ; t_в = 18 ⁰С

Д_tв = Q х R_В = 28,72 х 0,115 = 3,3 ⁰С

Д_tв =

t_cm1 = t_в - Д_tв = 18 - 3,3 = 14,7 ⁰С

Д_tн = QR_Н = 28,72 х 0,143 = 1,24 ⁰С

Д_t1 = QR₁ = 28,72 х 0,06 = 1,72 ⁰С

Д_t2 = QR₂ = 28,72 х 0,5 = 14,36 ⁰С

Д_t3 = QR₃ = 28,72 х 0,055 = 1,58 ⁰С

Д_t4 = QR₄ =28,72 х 0,04 = 1,15 ⁰С



cm Q =

t_cm2 = t_cm1 - QR₁ = 14,7 - 28,72 х 0,06 = 12,98 ⁰С

t_cm3 = t_cm2 - Q R₂ = 12,98 - 28,72 х 0,5 = 12,98 - 14,36 = -1,38 ⁰С

t_cm4 = t_cm3 - QR₃ = (- 1,38) - 28,72 х 0,055 = (- 1,38) - 1,58 = -2,96 ⁰С

t_cm5 = t_cm4 - QR₄ = (- 2,96) - 28,72 х 0,04 = (- 2,96) - 1,15 = - 4,11⁰С

Размещено на Allbest.ru

...