Расчет тепловой защиты помещения

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный

архитектурно- строительный университет

Кафедра физики

Курсовая работа

По строительной физике

Тема: Расчет тепловой защиты помещения

Выполнила:

Студентка гр. 3-А-I

Константиниди Д.А.

Проверил:

Меллех Т.Х.

Санкт-Петербург - 2012

Оглавление

1. Выборка исходных данных

1.1 Климат местности

1.2 Параметры микроклимата помещения

1.3 Теплофизические характеристики материалов

2. Определение точки росы

3. Определение норм тепловой защиты

3.1 Определение нормы тепловой защиты по условию энергосбережения

3.2 Определение норм тепловой защиты по условию санитарии

3.3 Норма тепловой защиты

4. Расчет толщины утеплителя

5. Проверка внутренней поверхности ограждения на выпадение росы

6. Проверка на выпадение росы в толще ограждения

7. Проверка влажностного режима

8. Проверка ограждения на воздухопроницание

Заключение

Список литературы

1. Выборка исходных данных

1.1 Климат местности

Исходные данные по СНиП 23 01-99

Пункт строительства - Пермь.

1) Средние месячные температуры, упругости водяных паров воздуха

Табл. 1

Величина	Месяц
	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
tв, ?С	-15,0	-13,4	-7,2	2,6	10,2	16,0	18,1	15,6	9,4	1,6	-6,6	-12,9
ев, Па	200	190	290	520	740	1150	2370	1290	930	580	350	230

2) Температура воздуха, ?С:

· средняя наиболее холодной пятидневки -35,0.

· средняя отопительного периода -6,4.

3) Продолжительность периодов, сут.:

· влагонакопления z0= 167.

· отопительного z0= 226.

4) Повторяемость П и скорость ветра х

Табл. 2

Месяц	Характеристика	РУМБ
		С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ
Январь	П, %	6	6	10	18	21	22	11	6
	х, м/c	3,2	3,4	4,0	4,6	5,2	4,8	3,8	3,0

1.2 Параметры микроклимата помещения

1. Помещение - спортивный зал.

1. tв = 18 ?С.

2. цв = 55 %.

3. Разрез рассчитываемого ограждения.

Рис. 1.

1 - раствор гипсоперлитовый

2 - кирпич глиняный на цементно-шлаковом растворе (1700 кг/м3)

3 - маты минераловатные (125 кг/м3)

4 - воздушная прослойка

5 - кирпич глиняный на цементно-песчаном растворе (1800 кг/м3)

1.3 Теплофизические характеристики материалов

1) Определяем влажностный режим помещения:

tв =18 ?С, цв = 55 % режим - нормальный

2) Определяем зону влажности, в которой расположен заданный населенный пункт: Пермь - зона 2 - нормальная

3) Определяем влажностные условия эксплуатации ограждающей конструкции: Б.

4) Выписываем значения характеристик материалов, составляющих данную конструкцию

Табл. 3

№ слоя	Материал слоя	№ позиции по прил.3	Плотность с, кг/м3	Коэффициенты
				Теплопроводности л, Вт/(м· К)	Паропроницания м, мг/(м·ч·Па)
1	Раствор гипсоперлитовый	85	600	0,23	0,17
2	Кирпич глиняный на цементно-шлаковом растворе	163	1700	0,76	0,12
3	Маты минераловатные	29	125	0,07	0,30
4	Воздушная прослойка
5	Кирпич глиняный на цементно-песчаном растворе	162	1800	0,81	0,11

Воздушная прослойка: R4 = 0,17 (м2 К/Вт)

2. Определение точки росы

1) Находим упругость насыщающих воздух водяных паров : tв =18 ?С Ев=2063 Па

2) Вычисляем фактическую упругость водяных паров, Па, по формуле:

ев= цв· Ев/100, где цв = 55 % : ев= 55·2063/100 = 1134,65 Па

3) По численному значению ев обратным ходом определяем точку росы tр с точностью до 0,1 ?С: tр= 8,8 ?С

3. Определение нормы тепловой защиты

3.1 Определение нормы тепловой защиты по условию энергосбережения

1) Определяем градусо - сутки отопительного периода по формуле:

ГСОП = X= (tв - tот) · zот,

где tв - расчетная температура внутреннего воздуха, ?С

tот -средняя температура отопительного периода, ?С

zот - продолжительность отопительного периода, сут.

ГСОП= (18+6,4)·226= 5514,4

2) Рассчитываем нормативное значение приведенного сопротивления теплопередаче по формуле, м2К/Вт:

Rоэ=R+вX = 1,2+0,0003·5514,4=2,854

3.2 Определение норм тепловой защиты по условию санитарии

1) Определяем нормативный перепад между температурой воздуха в помещении и температурой на внутренней поверхности ограждающей конструкции по формуле:

Дtн = tв - tс:

Дtн = 18- 8,8=9,2

2) Определяем корректирующий множитель n, учитывающий степень контактности ограждения с наружным воздухом: n= 1.

3) Находим коэффициент теплоотдачи внутренней поверхностью ограждающей конструкции, Вт/( м2 К): бв= 8,7

4) Вычисляем нормативное сопротивление теплопередаче по условию санитарии, м2 К/Вт по формуле:

Rос=( tв - tн)·n/ бв· Дtн,

где tн - расчетная температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки.

Rос = (18+35)·1/8,7·9,2=0,662

3.3 Норма тепловой защиты

Определяем Rо:

Rоэ= 2,854 (м2 К/Вт) Rо= Rоэ= 2,854 (м2 К/Вт)

Rос=0,662 (м2 К/Вт)

4. Расчет толщины утеплителя

1) Определяем коэффициент теплоотдачи наружной поверхностью ограждения внешней среде, Вт/(м2 К): бн= 23

2) Вычисляем сопротивление теплообмену, м2 К/Вт:

на внутренней поверхности:

Rв =1/ бв= 1/8,7=0,115

на наружной поверхности:

Rн =1/ бн=1/23=0,043

3) Определяем термические сопротивления слоев конструкции с известными толщинами, м2 К/Вт, по формуле:

Ri =дi/лi:

R1 = 0,02/0,23=0,087

R2 =0,12/0,76=0,158

R4 =0,17 R5 =0,12/0,81=0,148

теплофизический влажностный энергосбережение

4) Вычисляем минимально допустимое (требуемое) сопротивление утеплителя, м2 К/Вт по формуле:

Rут = R0 - (Rв + Rн +?Rиз),

где ?Rиз - суммарное сопротивление слоев с известными толщинами:

Rут = 2,854-(0,115+0,043+0,087+0,158+0,17+0,148)=2,133

5) Вычисляем толщину утепляющего слоя, м, по формуле:

дут=лутRут :

дут= 0,07·2,133=0,149

6) Округляем толщину утеплителя до унифицированного значения, кратного строительному модулю для минераловатных слоев 2 см: дут= 0,140 м.

7) Вычисляем термическое сопротивление утеплителя(после унификации), м2 К/Вт (вместо индекса - порядковый номер слоя):

Rут = R3 = 0,160/0,07=2,856

8) Определяем общее термическое сопротивление ограждения с учетом унификации, м2 К/Вт, по формуле Rо = Rв+Rн +Rут + ?Riиз :

Rо = 0,115+0,043+2,856+0,087+0,158+0,17+0,148=3,577

5. Проверка внутренней поверхности ограждения на выпадение росы

1) Вычисляем температуру на внутренней поверхности ограждения, ?С по формуле

фв=tв - ((tв - tн )· Rв/ Rо):

фв= 18-((18+35)·0,115/3,577)=16,296

фв> tр, следовательно, роса на поверхности не выпадет.

2) Определяем термическое сопротивление конструкции, м2 К/Вт:

R = ?Ri = 0,087+0,158+0,17+0,148+2,856=3,419

3) Вычисляем температуру в углу стыковки наружных стен по формуле(для R=0,6…2,2 м К/Вт)

фу= фв- (0,175 - 0,039R)·(tв - tн):

фу= 16,296- (0,175-0,133)·53=14,07

4) фу> tр, следовательно, согласно указаниям п.2.10 [1,с.6], роса в углу не выпадет.

6. Проверка на выпадение росы в толще ограждения

1) Определяем сопротивление паропроницанию, м ·ч·Па/мг, каждого слоя по формуле:

Rпi =дi/мi

Rп1 =0,02/0,17=0,12

Rп2 =0,12/0,12=1

Rп3 =0,14/0,3=0,47

Rп4 = 0,17

Rп5 =0,12/0,11=1,1

и конструкции в целом:

? Rп =2,86

2) Вычисляем температуру на поверхности ограждения по формуле при температуре tн = tнI самого холодного месяца:

фвI= 18-((18+15)·0,115/3,577)=16,94 ?С

3) Находим максимальную упругость Ев=1325 Па, отвечающую температуре фвI = 16,94 ?С

4) Графическим методом определяем изменение температуры по толщине ограждения при средней температуре самого холодного месяца.

На оси абсцисс последовательно откладываем значения сопротивлений Rв, R1, R2, R3, R4, Rн, составляющих в целом Rо. На оси ординат откладываем значение температуры внутреннего воздуха tв и значение средней температуры самого холодного месяца(января).

На пересечении построенной линии, соединяющей точку со значением температуры внутреннего воздуха и точку с температурой самого холодного месяца(января), с границами слоев определяем значения температур на границах.

фв= 16,8 ?С

t1-2 = 15,4 ?С

t2-3 = 4,4 ?С

t3-4 = - 0,8 ?С

t4-5 = - 2,6 ?С

фн= - 14,6 ?С

5) Для температур, определенных на границах слоев, находим максимальные упругости водяных паров Е на этих границах.

Ев= 1913 Па

Е1-2= 1749 Па

Е2-3= 835 Па

Е3-4= 573 Па

Е4-5= 492 Па

Ен= 172 Па

6) По аналогии с п.4, только в координатных осях Rп и Е строим разрез ограждения. По всем границам слоев откладываем найденные в п.5 значения упругостей Е.

7) На внутренней поверхности конструкции на рис.2 откладываем значение упругости паров в помещении ев, найденной в п.2 разд.2, а на наружной - значение ен= 0,9· Ен, соединяем их прямой линией.

8) В 5-м слое линия максимальной упругости проходит ниже линии е, значит, в этом слое вводим вспомогательные точки.

7. Проверка влажностного режима ограждения

1) Из точек ев и ен проводим касательные к кривой линии Е. Находим плоскость возможной конденсации.

2) Находим положение плоскости возможной конденсации на температурном графике.

3) Определяем средние температуры:

§ зимнего периода, который охватывает месяцы со средними температурами ниже - 5?С:

tзим= (tI+ tII+ tIII+ tXI+ tXII)/5= (-15,0-13,4-7,2-6,6-12,9)/5=-11,02?C

§ весенне - осеннего периода, который охватывает месяцы со средними температурами от -5?С до +5?С:

tво=( tIV+ tX)/2=(2,6+1,6)/2=2,1?C

§ летнего периода, охватывающего месяцы со средними температурами более +5?С:

tл= (tV+ tVI+ tVII+ tVIII+ tIX)/5= (10,2+16+18,1+15,6+9,4)/5=13,86?C

§ периода влагонакопления, к которому относятся месяцы со средними температурами 0?С и ниже: tл= tзим=-11,02 ?С

4) Эти температуры откладываем на наружной плоскости рис.1 и полученные точки соединяем с tв. Пересечения линий с плоскостью конденсации дают температуры в этой плоскости для соответствующих периодов года, по которым также определяем максимальные упругости Е.

Табл. 4

Период и его индекс	месяцы	Число месяцев z	Наружная температура периода	Температура и максимальная упругость в плоскости конденсации t, ?С Е, Па
1- зимний	I,II,III,XI,XII	5	- 11,02 ?С	- 7,2	332
2- весенне-осенний	IV,X	2	3,7 ?С	4,2	825
3-летний	V,VI,VII,VII,IX,X	5	13,86 ?С	14,4	1639
4-влагонакопления	См.зим.

5) Вычисляем среднегодовую упругость насыщающих водяных паров в плоскости возможной конденсации, Па, по формуле

Е=(Е1·z1+Е2·z2+Е3·z3)/12:

Е=(332·5+825·2+1639·5)/12=958,75

6) Определяем среднегодовую упругость водяных паров в наружном воздухе, Па, по формуле:

ен =?еi/12:

ен =(200+190+290+520+740+1150+1370+1290+930+580+350+230)/12=653,3

7) Вычисляем требуемое сопротивление паропроницанию внутренних слоев конструкции, м2·ч·Па/мг, при котором обеспечивается накопление влаги в увлажняемом слое из года в год по формуле:

Rтр1=(ев- Е)·Rпн/(Е - енi): Rтр1=(1134,65 -958,75)·0,36/(958,75 -653,3)=0,207 Rтр1< Rпв =2,5, значит, соответствует требованиям ГОСТа.

8) Определяем среднюю упругость водяных паров в наружном воздухе для влагонакопления, Па, по формуле:

ео =? енiо /zо:

ео = (200+190+290+350+230)/5=252

енiо - среднемесячные упругости для месяцев, имеющих температуры tн?0?С(в данном случае месяцев зимнего периода).

zо- число таких месяцев в периоде.

9) Вычисляем требуемое сопротивление паропроницанию внутренних слоев конструкции, м2·ч·Па/мг, ограничивающих приращение влажности(в увлажняемом слое) в допустимых пределах по формуле

:

Rтр-2=(1134,65 -332)/((332-252)/0,36+(1800·106·0,120·1,5)/100·167·24=0,779

где д - толщина увлажняемого слоя, м

zо- продолжительность периода влагонакопления, выраженная в часах

с - плотность увлажняемого материала

Дщср - допустимое приращение средней влажности, %.

Rтр-2< Rпв =2,5 , значит, соответствует требованиям ГОСТа.

8. Проверка ограждения на воздухопроницание

1) Определяем плотность воздуха в помещении св ,кг/м3, при температуре tв=18?С и на улице сн при температуре самой холодной пятидневки tн=-35?С по формуле

с=м·P/R·T,

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

P - барометрическое давление; принимаем равным 101 кПа.

R - универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/(моль·К).

T - температура воздуха, К

св = 0,029·101000/8,31·(273+18)=1,21

сн = 0,029·101000/8,31·(273-35)=1,48

2) Вычисляем тепловой перепад давления, Па, по формуле

ДРт=0,56(сн - св )·g·Н,

где g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2

Н - высота здания, м.

ДРт=0,56(1,48 - 1,21 )·9,81·20=29,665

3) Определяем расчетную скорость ветра v, принимая в качестве таковой максимальное значение скорости ветра из тех румбов за январь месяц, на которых повторяемость ветра составляет 16 % и более. В нашем случае v=5,2 м/с.

4) Вычисляем ветровой перепад давления, Па, по формуле ДРв=0,3· сн ·v2:

ДРв=0,3· 1,48 ·(5,2)2=12,006

и суммарный(расчетный) перепад давления, Па, по формуле:

ДР= ДРв+ ДРт

ДР=29,665+12,006=41,671

5) Находим допустимую воздухопроницаемость ограждения Gн: для общественных помещений Gн=0,5 кг/(м2·ч)

6) Определяем требуемое(минимально допустимое) сопротивление инфильтрации, м2·ч·Па/кг, по формуле

Rтр = ДР/ Gн:

Rтр = 41,671/0,5=83,342

7) Определяем сопротивление воздухопроницанию каждого слоя:

Табл. 5

Номер слоя	Материал	Толщина слоя, мм	Сопротивление Rнi, м2·ч·Па/кг
1	Кирпич глиняный на цементно-песчаном растворе	120	2
2	Кирпич глиняный на цементно-шлаковом растворе	120	1
3	Маты минераловатные	149	2
4	Воздушная прослойка	40	0
5	Раствор гипсоперлитовый	20	373

8) Находим располагаемое сопротивление воздухопроницанию, м2·ч·Па/кг, по формуле:

Rн=? Rнi : Rн=2+1+2+0+373=378

Rн> Rтр , следовательно, соответствует нормам.

Заключение

Конструкция отвечает нормативным требованиям при следующих условиях:

§ по тепловой защите.

§ по влажностному режиму поверхности и толщи.

§ по инфильтрации.

Выходные данные для смежных расчетов сооружения:

§ общая толщина стены: добщ=449 мм.

§ масса 1 м2 ограждения, кг/м2.

у = m/F=?сi·дi= 0,02·600+0,12·1700+0,149·125+0,12·1800=450,625

§ сопротивление теплопередаче Rо=3,577 м2 К/Вт.

§ коэффициент теплопередачи К=1/ Rо=0,28 Вт/ м2 К.

§ действующий перепад давления ДР=41,671 Па.

Использованная литература

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

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

Размещено на Allbest.ru

...