Теплотехнический расчет наружной стены здания (по зимним условиям эксплуатации)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Исходные данные

2. Расчетные параметры

3. Определение сопротивления теплопередаче

4. Расчет температуры по толщине ограждения

5. Проверка возможности выпадения конденсата на внутренней поверхности ограждения

6. Расчет влажностного состояния материала в ограждении

7. Графоаналитический способ расчета ограждающей конструкции на выпадение конденсата

8. Расчет ограждающих конструкций на воздухопроницаемость

9. Расчет температуры поверхности ограждения при наличии воздухопроницания

Заключение

Список используемой литературы

Введение

В данной работе требуется произвести комплексный теплотехнический расчет заданной конструкции наружной стены ограждения в указанном районе строительства.

Целью расчета является определение толщины утепляющего слоя с последующей проверкой конструкции стены на требуемые теплозащитные свойства, нормы паро- и воздухопроницания.

Передача теплоты, фильтрация воздуха и перенос влаги взаимосвязаны и одно явление оказывает влияние на другое, поэтому определение сопротивлений тепло- воздухо- и влагопередаче должно проводиться как общий расчет защитных свойств наружных ограждений зданий.

Теплотехнический расчет наружной стены здания

(по зимним условиям эксплуатации)

1. Исходные данные

Район строительства - с. Астраханка.

Назначение здания - жилое.

Вид ограждения - наружная стена 1-2.

Схема наружной стены

д1=0,015 м, раствор сложный (песок, известь, цемент);

д2=0,380 м, кирпич глиняный обыкновенный;

д3 - пенополистирол ГОСТ 15588-86, толщина 25,33,50 и 100мм;

д4= 0,120 м, кирпич глиняный обыкновенный.

2. Расчетные параметры

-внутренней среды

tв, °С - температура внутреннего воздуха; по ГОСТ 30494-2011 таб.1;

цв, % - относительная влажность внутреннего воздуха; по ГОСТ [1] таб.1;

?tн, °С - нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности наружного ограждения (табл. 2 СНиП II-3-79*).

- наружной среды

tн5, °С - средняя температура наиболее пяти холодных суток (табл.1 СНиП 23-01-99*);

Zот.пер., сут. - продолжительность отопительного периода, по табл.1 СНиП[2];

tот.пер., °С - температура отопительного периода (табл. 1 СНиП [2]);

цн, % - относительная влажность наружного воздуха (табл.1 СНиП [2]).

Определение режима эксплуатации (А или Б)

1. По Таблице 1 СНиП II-3-79* в зависимости от tв и бв влажностный режим помещения - сухой.

2. По карте зон влажности Приложения 1, приведенной в СНиП II-3-79*, определяем зону влажности - влажная зона.

3. По Приложению 2 находим, что теплотехнические значения материалов ограждения следует принимать для условий эксплуатации «А».

По Приложению 3 СНиП II-3-79* теплотехнические показатели материалов ограждения сведены в Таблице 2:

Таблица 1 - Теплотехнические показатели строительных материалов и конструкций

№ слоя	Наименование материала слоев	го, кг/м3	щ, %	д, м	л, Вт/(м•°С)	S, Вт/(м2•°С)	м, мг/(м•ч•Па)
					А	А	АБ
1	Раствор сложный	1700	4	0,015	0,70	8,95	0,098
2	Кирпич глиняный обыкновенный	1800	2	0,380	0,70	9,20	0,11
3	Пенополистирол	100	10	x	0,041	0,65	0,05
4	Кирпич глиняный обыкновенный	1800	2	0,120	0,70	9,20	0,11

ограждающий конструкция теплопередача конденсат

3. Определение сопротивления теплопередаче

Определение требуемого сопротивления теплопередаче, исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий, по формуле:

где n=1 - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху по табл.3 СHиП [2];

=8,7 Вт/м0С- коэффициент теплопередачи внутренней поверхности ограждающих конструкций (табл.4 СНиП [3]);

tв= 20°С - температура внутреннего воздуха;

tн= -260С - средняя температура наиболее пяти холодных суток обеспеченностью 0,92;

?tн= 4°С - нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности наружного ограждения.

Определение требуемого сопротивления теплопередаче, исходя из условий энергосбережения.

Вычислим величину градусо-сутки отопительного периода:

,

где tот.пер.= -6,6оС - средняя температура периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной +8оС;

Zот.пер.= 202 сут. - продолжительность периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной +8оС.

При ГСОП= 5373,2 оСсут. определим Rотр интерполяцией по таб. 1б (СНиП II-3-79*):

Определим термического сопротивление Rк (м2оС/Вт) наружной стены по формуле:

Приравнивая общее сопротивление теплопередаче стены к требуемому Rотр:

,

где =23 Вт/м0С - коэффициент теплопередачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающих конструкций, принимаемый по табл.6 СНиП [3].

По санитарно-гигиеническим и комфортным условиям определим требуемую площадь утеплитела:

Принимаем с округлением в большую сторону толщину утеплителя 3ут.=0,100 м. по ГОСТ 15588-86, тогда общая толщина ограждения:

Проводим уточнение величины R.

С учетом общее сопротивление теплопередаче проектируемой стены равно:

Ro=0,115+0,021+0,543+0,171+2,44+0,043=3,333 (м2оС/Вт).

По условию энергосбережения толщина утеплителя равна:

Принимаем с округлением в большую сторону толщину утеплителя 3ут.=0,020 м. по ГОСТ 15588-86, тогда общая толщина ограждения:

Проводим уточнение величины R.

С учетом общее сопротивление теплопередаче проектируемой стены равно:

Ro=0,115+0,021+0,543+0,171+0,488+0,043=1,381 (м2оС/Вт).

Дальнейшие расчеты проводятся исходя из расчета по санитарно-гигиеническим и комфортным условиям.

4. Расчет температуры по толщине ограждения

Определени температуры ограждения аналитическим способом.

Определим величины температур:

- на внутренней поверхности:

.

- на поверхности слоев ограждения:

;

;

Вывод: Более интенсивное падение температуры на графике обусловлено в слоях материала с меньшим коэффициентом теплопроводности (пенополистирол л=0,041Вт/(м•°С), и менее интенсивное - в слоях с большим коэффициентом теплопроводности (кирпич глиняный обыкновенный и раствор сложный л=0,7 Вт/(м•°С).

5. Проверка возможности выпадения конденсата на внутренней поверхности ограждения

Определим температуры в наружном углу у по методу Богословского:

= 0,18-0,36;

= 0,18 - 0,36 · 3,333;

=15,65 (C0).

Определим температуры точки росы р.

Вычислим действительную упругость водяного пара:

eв = = = 1169 (Па),

где Е = 2339 Па - давление (максимальная упругость водяного пара) для температуры внутреннего воздуха.

По эмпирической формуле:

tр = 20,1 - (5,75 - 0,00206 · eв )2 = 20,1 - (5,75 - 0,00206 · 1169 )2 = 8,93 (С0).

5.3 Проверим условия конденсации влаги.

1. - отсутствие конденсации влаги на всей поверхности ограждения.

.отсутствие конденсации на наружном углу здания при отсутствии конденсации на остальной поверхности здания.

6. Расчет влажностного состояния материала в ограждении. Определение необходимости устройства дополнительной пароизоляции

Определим сопротивление паропроницанию всех слоев стеновой панели:

= = 0,153 (м2·ч·Па/мг); = = 3,455 (м2·ч·Па/мг);

= = 2 (м2·ч·Па/мг); = = 1,09 (м2·ч·Па/мг).

Сумма сопротивления паропроницанию слоев ограждения, расположенных между внутренней поверхностью и плоскостью возможной конденсации, равна:

= 0,153 + 3,455 + 2= 5,6 (м2·ч·Па/мг),

сумма сопротивлений паропроницанию слоев, расположенных между наружной поверхностью и плоскостью конденсации, равна:

= 1,09 (м2·ч·Па/мг).

Определим среднюю tн для трех периодов года (зима < -5, осень и весна от-5 до 5, лето > 5)

По табл.3 и 5а СНиП [2] среднемесячные температуры воздуха и парциальное давление водяного пара с. Астраханка сведены в таблицу 2.

Таблица 2 - Средние по месяцам tн и е

Населенный пункт	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
c.Астраханка	-18,4	-14,2	-3,7	4,1	11	16,2	20,2	20,7	14,7	6,6	-4,8	-14,7
	1,2	1,6	3	5,4	9	14,6	19,9	20,4	13,1	6,8	3,2	1,5

tн.з = (0C); z1 = 3 (мес);

tн.в.о = (0C); z2= 3 (мес);

tн.л= (0C); z3= 6 (мес ).

Вычислим температуру в плоскости возможной конденсации для этих периодов и находим соответствующую ей максимальную упругость водяного паря Е, по формуле:

;

0С);

Е1 = 189,5 (Па);

0С);

Е2= 606,5 (Па);

0С);

Е3 = 1795 (Па).

Находим максимальную за годовой период упругость водяного пара в плоскости возможной конденсации, по формуле:

Е = Е1·z1 + E2·z2 + E3·z3) = ( 3 · 189,5 + 3 · 606,5 + 6 · 1795) = 1096,5 (Па).

Подсчитываем среднюю за годовой период упругость водяного пара наружного воздуха:

eн = ( 1,2 + 1,6+ 3 + 5,4 + 9 + 14,6 + 19,9 + 20,4 + 13,1 + 6,8 + 3,2 + 1,5) · 100= 828,33 (Па),

где 100 - переводной коэффициент из мб в Па ( 1,333 мб = 1мм рт.ст.; 1 мм рт.ст. = 133,3 Па; 1мб = 1гПа = 100Па).

Находим требуемое сопротивление паропроницанию, исходя из условия недопустимости систематического накопления влаги за годовой период в процессе эксплуатации, по формуле:

= (м3· ч · Па/мг).

Делаем вывод: так как (м3· ч · Па/мг), то систематического накопления влаги в стене не будет, дополнительная пароизоляция не требуется.

7. Графоаналитический способ расчета ограждающей конструкции на выпадение конденсата

Расчетные данные:

= 0,153 (м2·ч·Па/мг);

3,455 (м2·ч·Па/мг);

2 (м2·ч·Па/мг);

1,09 (м2·ч·Па/мг);

tв = 20 0С;

;

tн = -26 0С;

;

, 0С	Е, Па
18,41	2116
18,12	2077
17	1937
15,9	1807
19,8	2309
13,4	1537
12,3	1431
10,63	1279
4,5	904
-3,8	445
-9,7	266
-14,5	173
-20	103
-23,8	70,6
-24,8	63,8
-25,4	60,6

Вывод: Линия Е и е пересекаются, следовательно, в ограждении при определенных условиях возможна конденсация водяного пара. Между точками касания Ек' и Ек” находится зона конденсации, т.е. та часть ограждения, в которой, возможно, будет конденсироваться водяной пар.

Определим количество водяного пара Рк, конденсирующегося за период в 1 месяц (24чЧ30дн.):

eв = = = 1169 (Па);

eн = = = 38,1 (Па);

Р1=•24•30=145915 (мг/м2);

Р2=•24•30=26233 (мг/м2);

Рк=Р1?Р2=145915?26233=119682=119,7 (г/м2).

8. Расчет ограждающих конструкций на воздухопроницаемость

Определение разности давления ?р воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций в соответствии п.5,2 СНиП[3].

Высота здания, H (от поверхности земли до верха карниза) = 27м..

Максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь для с. Астраханка принимается х=6,1м/с.

tв = 20 0С;

tн = -26 0С;

Определим удельный вес внутреннего и наружного воздуха, по формуле:

; ;

;

?р=0,55Н•() + 0,03V2;

?р=0,55•27•(14 - 11,8)+0,03•14•6,12=48,3 (Па).

Требуемое сопротивление воздухопроницанию равно:

==.

Находим сопротивление воздухопроницанию отдельных слоев, Rи, определим по прил.9 СНиП[3]:

Rи=142+18+79+2=241 ().

Вывод: проектируемая конструкция стены удовлетворяет требованиям по сопротивлению воздухопроницанию по СНиП, поскольку значение Rи=241 больше требуемого =96,6 .

Определение разности давлений ?р воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций по Ушкову.

Расстояние от середины 5-го этажа до нейтральной оси (0,7 hзд.),

H = 5,4 м.

Определим удельный вес внутреннего и наружного воздуха, по формуле:

; ;

;

n=0,6;

?р=- 0,8Н•[] - 0,6;

?р=-0,8[-9,8•(1,42-1,2)•5,4-0.6•]=18,1 (Па).

Требуемое сопротивление воздухопроницанию равно:

==.

Находим сопротивление воздухопроницанию отдельных слоев, Rи, (прил.9 СНиП[3]): Rи=142+18+79+2=241 ().

Вывод: проектируемая конструкция стены удовлетворяет требованиям по сопротивлению воздухопроницанию по методу Ушкова, поскольку значение Rи=241 больше требуемого =36,2 .

9. Расчет температуры поверхности ограждения при наличии воздухопроницания

При инфильтрации воздуха по СНиП.

Количество воздуха, которое будет проникать через ограждение W, определим по формуле:

==0,2(•ч).

По дифференциальному уравнению температурного поля плоского ограждения температура в любой плоскости ограждения, равна:

=tн+(tв-tн)•;

=(-26)+(20-(-26))•;

=(-26)+225•.

При эксфильтрации воздуха по СНиП.

=tн+(tв-tн)•;

=(-26) - 273•.

При инфильтрации воздуха по Ушкову.

Количество воздуха, которое будет проникать через ограждение W, определим по формуле:

==0,075(•ч).

По дифференциальному уравнению температурного поля плоского ограждения температура в любой плоскости ограждения, равна:

=tн+(tв-tн)•;

=(-26)+(20-(-26))•;

=(-26)+647•.

Разность давления воздуха при эксфильтрации будет равна:

?р=-0,8[-9,8•(1,42-1,2)•5,4+0.6•]=4,75 (Па).

Количество воздуха, которое будет проникать через ограждение W, определим по формуле:

==0,02(•ч);

=tн+(tв-tн)•;

=(-26)-2534,6•.

Таблица 3 - Расчет коэффициентов теплопередачи и температур по СНиП[3] и Ушакову

Вывод: Наибольшее расхождение температур на графике будет в точке соприкасания внутреннего слоя стены с утеплителем, а наименьшее в точке соприкасания наружного слоя стены с утеплителем.

Заключение

В ходе теплотехнического расчёта наружных ограждений жилого здания были выполнены:

1. Определение теплотехнических характеристик наружных ограждений, входе которого определена толщина теплоизоляционного слоя для с.Астраханка, толщины самих ограждений и фактические сопротивления теплопередачи наружных ограждений с учётом санитарно-гигиенических требований и условий энергосбережения:

2. Анализ теплового режима наружного ограждения, при котором определены и распределены температуры в толще ограждения. Расчёты показали, что температуры на внутренней поверхности и в углу помещения меньше температуры точки росы, значит, увлажнение внутренней поверхности ограждений отсутствует.

4. Расчет влажностного состояния материала в ограждении. Исходя из условия недопустимости систематического накопления влаги за годовой период дополнительной пароизоляции не требуется, однако по графоаналитическому способу расчета есть возможность выпадения и накопления жидкой влаги в толще конструкции, что говорит о неправильном расположении слоев стены, т.к утеплитель находится внутри, а должен быть с наружи ограждения.

5. Проверка наружной стены на воздухопроницаемость. Расчет показал, что заданная конструкция удовлетворяет требованиям по сопротивлению воздухопроницанию.

Список использованной литературы

1. ГОСТ 30494-2011 Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях.

2. СП 131.133320.2012 СНиП 23-01-99* Строительная климатология.

3. СНиП II-3-79* Строительная теплотехника.

4. ГОСТ 15588-86 Плиты пенополистирольные. Технические условия.

5. Строительная теплотехника. метод. указания/ сост. Е.И. Жабыко, под общ. ред. В.К. Сафронова. - Владивосток: Изд-во ДВГТУ,2010 - 39с.

Размещено на Allbest.ru

...