Расчет тепловой защиты помещения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет тепловой защиты помещения

1. Выборка исходных данных

помещение тепловой защита

Климат местности

Пункт строительства - Хабаровск

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, oC	-22,3	-17,2	-8,5	-3,1	11,1	17,4	21,1	20,0	13,9	4,7	-8,1	-18,5
eн, Па	90	120	240	470	810	1440	1960	1910	1240	590	260	120
Atн, oC	10,7	11,9	11,5	12,1	13,8	11,8	11,1	10,1	10,9	11,4	12,9	10,6

Температура воздуха, ^оС:

средняя наиболее холодной пятидневки -32

средняя отопительного периода -10,1

Продолжительность периодов сут.:

влагонакопления 162

отопительного 205

Повторяемость [П] и скорость [н] ветра

Месяц	Характеристика	РУМБ
		С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ
Январь	П, %	2	7	6	2	2	74	6	1
	v, м/с	3,3	5,7	4,2	2,7	3,5	5,9	4,1	2,2
Июль	П, %	3	25	17	5	4	35	7	4
	v, м/с	3,4	6,0	4,6	3,3	3,6	4,6	3,6	2,9

Интенсивность солнечной радиации в июле, Вт/м²

на фасад западной ориентации: максимальная 768

средняя 186

на горизонтальную поверхность: максимальная 860

средняя 327

Параметры микроклимата помещения

Назначение помещения: жилое

Температура внутреннего воздуха t_в.=22°С.

Относительная влажность внутреннего воздуха ц_в=55%

Теплофизические характеристики материалов

Характеристики материалов зависят от их эксплуатационной влажности, на которую влияют влажность воздуха в помещении и на улице, которым надо дать оценку. По табл.1 [I], исходя из заданной температуры внутреннего воздуха t_в и его относительной влажности ц_в, определяем влажностный режим помещения: нормальный

По карте прил.1 [1, с. 14] определяем зону влажности, в которой расположен заданный населенный пункт (Хабаровск): 2-нормальная

По прил.2 [1, с. 15] определяем влажностные условия эксплуатации ограждающей конструкции: Б

Из прил.З [1, с. 15... 23] выписываем в табличной форме (с учетом условия эксплуатации) значения характеристик материалов составляющих данную конструкцию.

№ слоя	Материал слоя	№ позиции по прил. 3	Плотность с0, кг/м3	Коэффициенты
				Теплопро-водности л, Вт/(м*К)	Паропрони-цания м, мг/(м*ч*Па)
1	Раствор сложный	72	800	0,87	0,098
2	Туфобетон	4	1600	0,81	0,11
3	Пенополиуретан	148	60	0,041	0,05
4	Воздушная прослойка
5	Кирпич глиняный на цементно-шлаковом растворе	84	1800	0,81	0,11

Воздушная прослойка R=0,15 м²*°С/Вт

Разрез стены

2. Определение точки росы

По заданной температуре t_в=22⁰ С из приложения 1 «Методических указаний...» находим упругость насыщающих воздух водяных паров Ев= 2643 Па. Вычисляем фактическую упругость водяных паров при заданной относительной влажности ц_в

е_в=(ц_в*Е_в)/100=(55*2643)/100=1453,65Па (примем 1458)

По численному значению е_в обратным ходом по прилож. 1 «Методических указаний ...» определяем точку росы t_p= 12,6°С

3. Определение нормы тепловой защиты

Для расчета толщины утепляющего слоя необходимо определить сопротивление теплопередачи ограждающей конструкции исходя из требований санитарных норм Roc и энергосбережения Rоэ.

Определение нормы тепловой защиты по условию энергосбережения

Определить градусо-сутки отопительного периода:

ГСОП = X = (t_в- t_oт) Zoт=(22+10,1)*205=6580,5

где t_в - расчетная температура внутреннего воздуха, °С;

t_oт. - средняя температура отопительного периода, °С;

Zот. - продолжительность отопительного периода, сут.

Нормативное значение приведенного сопротивления теплопередачи по условию энергосбережения определяем в зависимости от назначения ограждающей конструкции, условий эксплуатации и градусо-суток отопительного периода. Значения постоянных R и в выписываем из табл. 1(б) для заданного случая:

R =1,4 (м²*К)/Втв = 0.00035 м²/Вт*сут

Roэ=R+в*X=1.4+0.00035*6580,5=3,703 (м²*К)/Вт

Определение норм тепловой защиты по условию санитарии

По табл.2 [1, с.4] определяем нормативный (максимально допустимый) перепад между температурой воздуха в помещении и температурой на внутренней поверхности ограждающей конструкции

Дt^н = 4°С

По табл.3 [1, с.4] определяем корректирующий множитель n, учитывающий степень контактности ограждения с наружным воздухом: n=1

По табл.4 [1, с.4] находим коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции б_в=8,7 Вт/(м²*°С)

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

R_ос=(t_в-t_н)*n/(б_в*Дt^н)=(22+32)*1/(8,7*4)=1,552(м²*К)/Вт,

где t_н - расчетная температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки t_X5,°C.

Норма тепловой защиты

Из вычисленных значений сопротивлений теплопередачи:

экономической R_оэ и санитарной R_oc к реализации принимаем наибольшее из них, назвав его требуемым (наибольшим оказалось R_оэ) R₀^тр=3,703 м²*К/Вт

4. Расчет толщины утеплителя

Утепляющим слоем считаем тот из представленных слоев, для которого не задана толщина . Поэтому в этой части расчета этот слой и его характеристики должны участвовать с индексом ут вместо номерного индекса i.

По табл.6 [1, с. 5] определяем коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения внешней среде (наружному воздуху)

б_н=23 Вт/(м²* °С)

Вычисляем сопротивление теплообмену:

- на внутренней поверхности R_В=1/б_в=1/8.7=0,115 (м²*К)/Вт

- на наружной поверхности Rн=1/б_н= 1/23=0,043 (м²*К)/Вт

Определяем термические сопротивления слоев конструкции с известными толщинами

R_i=д_i/л_i

R₁=0,0165/0,87=0,017(м²*К)/Вт

R₂=0,35/0,81=0,432(м²*К)/Вт

R₄=0,15(м²*К)/Вт

R₅=0.12/0.81=0,148(м²*К)/Вт

Вычисляем минимально допустимое (требуемое) термическое сопротивление утеплителя

R_ут^тр=R₀^тр-(R_в+ R_н +?R_{i из})=3,703-(0,115+0,043+0,017+0,432+0,15+0,148)=3,703-0,905=2,798 (м²*К)/Вт,

где УR_{i из}- суммарное сопротивление слоев с известными толщинами.

Вычислям толщину утепляющего слоя

д_ут^тр=л_ут* R_ут^тр=0.05*2,798=0,115м

Округляем толщину утеплителя до унифицированного значения, кратного строительному модулю:2см: д_ут^тр=0,12м=12см

Вычисляем термическое сопротивление утеплителя (после унификации)

R₃= д₃/ л₃=0,12/0,05=2,927(м²*К)/Вт

Определяем общее термическое сопротивление ограждения с учетом унификации

R_о= R_в+ R_н +?R_{i из}+ R_ут=0,115+0,043+0,017+0,432+0,15+0,148+2,927=3,832 (м²*К)/Вт

Проверка внутренней поверхности ограждения на выпадение росы

Вычисляем температуру на внутренней поверхности ограждения

_в= t_в - ((t_в-t_н)/ R_о )* R_в=22-((22+32)/ 3,832)*0.115=20,379°С

и, сравнивая ее с точкой росы t_р, делаем вывод, руководствуясь указаниями п. 2.10 [1, с.6]:

Роса на поверхности не выпадает.

Определяем термическое сопротивление конструкции

R=?R_i=0,017+0,432+0,165+0,148+2,927=3,674 (м²*К)/Вт

Вычисляем температуру в углу стыковки наружных стен

_у =_в-(0,175-0,039R)(t_в-t_н)=20,379-(0,175-0,039*2,2)(22+32)=15,562°С

(т.к R=?R_i>2,2,то принимаем R=2,2м²К/Вт)

Сравнивая ф_у с точкой росы t_р, делаем вывод, учитывая

п. 2.10 [1, с.6]

Роса в углу не выпадает.

6. Проверка на выпадение росы в толще ограждения

Определяем сопротивление паропроницанию каждого слоя

R_ni=д_i/м_i

R_n1=0,015/0,098=0,153 (м²*К)/Вт

R_n2=0,35/0,11=3,182(м²*К)/Вт

R_n3= 0.12/0,05= 2,4(м²*К)/Вт

R_n4= 0 (м²*К)/Вт

R_n5=0.12/0.12=1,091(м²*К)/Вт

и конструкции в целом

R_n= ?R_ni=0,153+3,182+2,4+1,091=6,826 (м²*К)/Вт

Вычисляем температуру на поверхности ограждения _вI по формуле п.5.1 при температуре t_н = t_нI самого холодного месяца

_вI=22-((22+22,3)/3,72)*0,115=20,671°С

По приложению 1 «Методических указаний ...» находим максимальную упругость Ев^*, отвечающую температуре _вI. Ев^* =2426Па

Графическим методом определяем изменение температуры по толщине ограждения при средней температуре самого холодного месяца. Для этого на миллиметровой бумаге по оси абсцисс последовательно откладываем значения сопротивлений Rв, R₁, R₂, R₃, ... и R_Н ,составляющих в целом Rо(рис.1). Через концы полученных отрезков проводим вертикальные тонкие линии. На оси ординат откладываем значение температуры внутреннего воздуха t_в, а на линии, соответствующей концу Rн -значение средней температуры самого холодного месяца (обычно января) t_н1 (рис.1). Точки t_в и t_н1 соединяем прямой линией. По точкам пересечения линии с границами слоев определяем значения температур на границах.

Для температур, определенных в п.6.4 на границах слоев, по приложениям 1 и 2 «Методических указаний ...» находим максимальные упругости водяных паров Е на этих границах.

По аналогии с п. 6.4, только в координатных осях Rn и Е строим разрез ограждения (рис.2) так, чтобы он был справа от рис. 1. По всем границам слоев откладываем найденные в п. 6.5 значения упругостей Е; из них Е_в^*, соответствующая ф_вI, расположится на границе с помещением, а Ен^* соответствующая ф_нI , на границе с улицей.

На внутренней поверхности конструкции (рис.2) отложим значение упругости паров в помещении е_в (см п.2.2), а на наружной - значение e_н=0,9 Ен^*, соединив полученные точки е_в и е_н прямой линией.

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

Т. к. в слое возможно пересечение линии Е с линией е, то на его температурной линии (рис.1) намечаем через равные интервалы три промежуточные точки (деля слой пополам и еще раз пополам каждую половину), определяем для них температуры, а по температурам находим максимальные упругости Е, используя приложения 1 и 2 «Методических указаний ...». Найденные упругости откладываем на рис.2 в том же слое, разделив его так же, как на рис. 1 По найденным точкам проводим линию Е.

Вывод: Т. к. линия упругостей е и Е пересекаются (признак выпадения росы),возникает плоскость возможной конденсации, следует проверить влажностный режим ограждения.

7. Проверка влажностного режима ограждения

Из точек е_в и е_н проводим касательные к кривой линии Е. Точки касания определят границы зоны конденсации (рис.2).

В зоне находим и выделяем плоскость, в которой линия Е максимально провисает под линией е . Следует иметь в виду, что в теплое время года линия Е располагается выше линии е. С понижением наружной температуры линии Е и е сближаются и, наиболее вероятно, соприкоснутся именно в отмеченной плоскости, называемой плоскостью возможной конденсации, ибо в ней появляются капли росы.

С дальнейшим понижением температуры плоскость, расширяясь, превращается в зону. С повышением температуры зона может вырождаться в плоскость, а затем линии расходятся. В нашем случае плоскость возможной конденсации располагается на стыке воздушной прослойки и слоя кирпича. По графику рис.2 определяем сопротивление паропроницанию слоев, расположенных между внутренней поверхностью ограждения и плоскостью конденсации Rпв также между этой плоскостью и наружной поверхностью ограждения Rпн.

Находим положение плоскости возможной конденсации на температурном графике рис. 1. Ясно, что на этом рисунке она поделит увлажняющий слой на границе между R₄ и R₅.

Определяем средние температуры:

-зимнего периода, охватывающего месяцы со средними температурами ниже -5°С, t_зим: -14,92 °С

-весенне-осеннего периода, включающего месяцы со средними температурами от -5 до +5°С, t_во: +0,8 °С

-летнего периода, охватывающего месяцы со средними температурами более +5°С, t_л: +16,7°С

-периода влагонакопления, к которому относятся месяцы со средними температурами О ^оС и ниже, t_вл: -12,95°С

Температуры перечисленных периодов откладываем на наружной плоскости рис,1 и полученные точки соединяем с точкой t_в, Пересечения линий с плоскостью конденсации дадут температуры в этой плоскости для соответствующих периодов года, по которым определить максимальные упругости Е, а результаты запишем в табличной форме.

Период и его индекс	Месяцы	Число Мес. z	Наружная температура периода	В плоскости конденсации
				t,°C	Е,Па
1-зимний	1,2,3,11,12	5	-14.92	-13,2	194
2-весенне-осенний	4,10	2	+0,8	+1,8	695
3-летний	5,6,7,8,9	5	+16,7	+17	1937
0-влагонакопления	1,2,3,4,11,12	6	-12,95	-11,4	229

Вычисляем среднегодовую упругость насыщающих водяных паров в плоскости возможной конденсации

Е=(Е₁*z₁+E₂*z₂+E₃*z₃)/12=(194*5+695*2+1937*5)/12=985 Па

где Ei и Zi - берем из табл. п. 7.6 для соответствующих периодов.

Определяем среднегодовую упругость водяных паров в наружном воздухе

е_нг=(?е_i) /12 = (90+120+240+470+810+1440+1960+1910+1240+590+260+120)/12=

=9250/12=770,83Па,

е_i - берем из таблицы п. 1.1.1

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

R_пв^тр-1= (е_в-Е)*R_пн/(Е- е_нг)=( 1458-985)*1,091/(985-770,83)= =516,043/214,17=2,41(м²*ч*Па)/мг

Сравним полученное значение с располагаемым R_пв>R_пв^тр-1

Вывод: сопротивление паропроницанию внутреннего слоя достаточно для ненакопления влаги в увлажняемом слое из года в год.

Определим среднюю упругость водяных паров в наружном воздухе для периода влагонакопления

е₀=? e_нio/ Zo=(90+120+240+470+260+120)/6=216,67Па

где e_нio - среднемесячные упругости для месяцев, имеющих температуры t_н ? 0°С;

Zo - число таких месяцев в периоде.

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

R_пв^тр-2=(е_в-Е₀)/(( Е₀ -е₀)/ R_пн+(с*д* Дщ_ср)/(100* Zo)=(1458-229)/((229-216,67)/1,091+(1800*10⁶*0.12*25)/(100*181*24))=1229/((11,302+12430,939)=

=0,0988 (м²*ч*Па)/мг

где д - толщина увлажняемого слоя (не зоны!);

Zo - продолжительность периода влагонакопления (п. 1.1.3), выраженная в часах;

р - плотность увлажняемого материала

Дщ_ср - допустимое приращение средней влажности, % , которое принимаем по табл.14 [1, с13], для пенополиуретана Дщ_ср=25

Сравним полученное значение с располагаемым: R_пв> R_пв^тр-2

Вывод: сопротивление паропроницанию внутренних слоев конструкции, ограничивающих приращение влажности (в увлажняемом слое) выше требуемых значений, следовательно, накопление влаги находится в допустимых пределах, и влага не будет накапливаться в увлажняемом слое из года в год.

8. Проверка ограждения на воздухопроницание

Определяем плотность воздуха в помещении с_в при заданной температуре t_в и на улице с_н при температуре самой холодной пятидневки (п. 1.1.2):

с_в = (м*Р)/(R*Т)=(0.029*101*1000)/(8.31*(22+273))=1,1948 кг/м³

с_н=(0.029*101*1000)/( (8.31*(273-32))=1.4625 кг/м³

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

Р - барометрическое давление, принять равным 101кПа;

R - универсальная газовая постоянная, равная 8,31Дж/(мольК);

Т - температура воздуха, К.

Вычисляем тепловой перепад давления

ДР_т=0.56*( с_н - с_в)*g*H=0.56*(1.1948-1.4625)*9.81*27=39,707Па

где g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с²;Н =27 - высота здания, м.

Определяем 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=5,9м/с

Вычисляем ветровой перепад давления

ДР_в=0,3* с_н* v²=0,3*1,4625*5,9²=15,273Па

и суммарный (расчетный) перепад, действующий на ограждение

ДР= ДР_т+ ДР_в=39,707+15,273=54,98Па

Найдем по табл.12 [1, с. 11] допустимую воздухопроницаемость ограждения G^н , G^н=0,5кг/м²*час

Определим требуемое (минимально допустимое) сопротивление инфильтрации

R_н^тр=ДР/ G^н=54,98/0,5=109,96 м²*час*Па/кг

Определим по прил.9 [1, с.26] сопротивление воздухпроницанию каждого слоя и запишем их в табличной форме

Номер слоя	Материал	Толщина слоя, мм	Пункт приложения 9	Сопротивление Rнi,м2чПа/кг
1	Раствор сложный	15	31	142
2	Туфобетон (1600 кг/м3)	350	29	14*3,5
3	Пенополиуретан (60 кг/м3)	120	23	79*1,2
4	Воздушная прослойка	20	Прил 2	0
5	Кирпич глиняный на цементно-песчаном растворе (1800 кг/м3)	120	9прим.1	2(+20)

Найдем располагаемое сопротивление воздухопроницаницанию

R_н=УR_нi=142+14*3,5+79*1,2+(2+20) = 307,8 м²чПа/кг

Сравним это значение с требуемым: значение располагаемого сопротивления воздухопроницанию больше требуемого, следовательно норматив выполняется.

Заключение

В заключение укажем условия, при которых конструкция будет отвечать нормативным требованиям по тепловой защите, влажностному режиму поверхности и толщи, по инфильтрации. Укажем также выходные данные для смежных расчетов сооружения, а именно:

общая толщина ограждения (стены): 0,625 м

масса 1 м² ограждения:

у=m/F=? с_i*д_i=800*0.015+1600*0.35+60*0,12+1800*0.12=795,2кг

сопротивление теплопередаче Ro=3,832 (м²*К)/Вт

коэффициент теплопередачи К=1/Ro=0,261 Вт /(м²*К)

действующий перепад давления ДР=54,98Па

Размещено на Allbest.ru

...