Расчет тепловой защиты помещения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет тепловой защиты помещения

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

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

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

2. t_в = 18 ?С

3. ц_в = 55%

1.3 Теплофизические характеристики материалов

1) Определяем влажностный режим помещения по табл. 1 [1]:

4. t_в =18?С, ц_в = 55% режим - нормальный

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

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

4) Из прил. 3 [1, с. 15…23] выписываем значения характеристик материалов, составляющих данную конструкцию

№ 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) Из прил. 1 «Методических указаний…» находим упругость насыщающих воздух водяных паров: t_в =18 ?С Е_в=2063 Па

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

е_в= ц_в· Е_в/100,

где ц_в = 55%: е_в= 55·2063/100 = 1134,65 Па

3) По численному значению е_в обратным ходом по прил. 1 «Методических указаний…» определяем точку росы t_р с точностью до 0,1 ?С: t_р= 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= (t_в - t_от) · z_от,

где t_в - расчетная температура внутреннего воздуха, ?С

t_от - средняя температура отопительного периода, ?С

z_от - продолжительность отопительного периода, сут.

ГСОП= (18+6,4)·226= 5514,4

2) Рассчитываем нормативное значение приведенного сопротивления теплопередаче по формуле, м²К / Вт (значения R и в берутся из таблицы):

R_оэ=R+вX = 1,2+0,0003·5514,4=2,854

3.2 Определение норм тепловой защиты по условию санитарии

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

Дt^н = t_в - t_с:

Дt^н = 18 - 8,8=9,2

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

3) По табл. 4 [1, с. 4] находим коэффициент теплоотдачи внутренней поверхностью ограждающей конструкции, Вт/(м² К): б_в= 8,7

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

R_ос=(t_в - t_н)·n/ б_в· Дt^н,

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

R_ос = (18+35)·1/8,7·9,2=0,662

3.3 Норма тепловой защиты

Определяем R_о: R_оэ= 2,854 (м² К / Вт) R_о= R_оэ= 2,854 (м² К / Вт)

R_ос=0,662 (м² К / Вт)

4. Расчет толщины утеплителя

1) По табл. 6 [1, с. 5] определяем коэффициент теплоотдачи наружной поверхностью ограждения внешней среде, Вт/(м² К): б_н= 23

2) Вычисляем сопротивление теплообмену, м² К / Вт:

на внутренней поверхности R_в =1/ б_в= 1/8,7=0,115

на наружной поверхности R_н =1/ б_н=1/23=0,043

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

R₁ = 0,02/0,23=0,087

R₂ =0,12/0,76=0,158

R₄ =0,17

R₅ =0,12/0,81=0,148

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

R_ут = R₀ - (R_в + R_н +?R_из),

где ?R_из - суммарное сопротивление слоев с известными толщинами:

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

5) Вычисляем толщину утепляющего слоя, м, по формуле

д_ут=л_утR_ут:

д_ут= 0,07·2,133=0,149

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

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

R_ут = R₃ = 0,160/0,07=2,856

8) Определяем общее термическое сопротивление ограждения с учетом унификации, м² К / Вт, по формуле

R_о = R_в+R_н +R_ут + ?R_iиз:

R_о = 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

ф_в=t_в - ((t_в - t_н)· R_в/ R_о):

ф_в= 18 - ((18+35)·0,115/3,577)=16,296

ф_в> t_р, следовательно, согласно указаниям п. 2.10 [1, с. 6], роса на поверхности не выпадет.

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

R = ?R_i = 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) ф_у= ф_в - (0,175 - 0,039R)·(t_в - t_н):

ф_у= 16,296 - (0,175-0,133)·53=14,07

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

Проверка на выпадение росы в толще ограждения

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

по формуле

R_пi =д_i/м_i:

R_п1 =0,02/0,17=0,12

R_п2 =0,12/0,12=1

R_п3 =0,14/0,3=0,47

R_п4 = 0,17

R_п5 =0,12/0,11=1,1

и конструкции в целом:

? R_п =2,86

2) Вычисляем температуру на поверхности ограждения по формуле п. 1 разд. 5 при температуре t_н = t_нI самого холодного месяца:

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

3) По прил. 1 «Методических указаний…» находим максимальную упругость Е_в=1325 Па, отвечающую температуре ф_вI = 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 R_в, R₁, R₂, R₃, R₄, R_н, составляющих в целом R_о. На оси ординат откладываем значение температуры внутреннего воздуха t_в 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.

ф_в= 16,8 ?С

t_1-2 = 15,4 ?С

t_2-3 = 4,4 ?С

t_3-4 = - 0,8 ?С

t_4-5 = - 2,6 ?С

ф_н= - 14,6 ?С

5) Для температур, определенных на границах слоев, по прил. 1 и 2 «Методических указаний…» находим максимальные упругости водяных паров Е на этих границах.

Е_в= 1913 Па

Е_1-2= 1749 Па

Е_2-3= 835 Па

Е_3-4= 573 Па

Е_4-5= 492 Па

Е_н= 172 Па

6) По аналогии с п. 4, только в координатных осях R_п 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 е_в, найденной в п. 2 разд. 2, а на наружной - значение е_н= 0,9· Е_н, соединяем их прямой линией.

8) В 5-м слое линия максимальной упругости проходит ниже линии е, значит, в этом слое вводим вспомогательные точки. Для этого на рис. 1 на температурной линии 3-го слоя намечаем через равные промежутки три точки, определяем для них температуру, а по температурам находим максимальные упругости Е, используя прил. 1 и 2 «Методических указаний…». Найденные упругости откладываем на рис. 2 в том же слое, разделив его так же, как на рис. 1. По вспомогательным точкам проводим линию Е.

Так как линия е пересекает линию Е, то необходимо проверить влажностный режим конструкции.

Проверка влажностного режима ограждения

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

2) Находим положение плоскости возможной конденсации на температурном графике на рис. 1.

3) Определяем средние температуры:

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

t_зим= (t_I+ t_II+ t_III+ t_XI+ t_XII)/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:

t_во=(t_IV+ t_X)/2=(2,6+1,6)/2=2,1?C

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

t_л= (t_V+ t_VI+ t_VII+ t_VIII+ t_IX)/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: t_л= t_зим=-11,02 ?С

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

5)

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.

6) 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

7) Определяем среднегодовую упругость водяных паров в наружном воздухе, Па, по формуле е_н =?е_i/12 (е_i берем из таблицы п. 1 подразд. 1.1):

е_н =(200+190+290+520+740+1150+1370+1290+930+580+350+230)/12=

=653,3

8) 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

R^тр1=(е_в - Е)·R_пн/(Е - е_нi):

R^тр1=(1134,65 -958,75)·0,36/(958,75 -653,3)=0,207

R^тр1< R_пв =2,5, значит, соответствует требованиям ГОСТа.

9) Определяем среднюю упругость водяных паров в наружном воздухе для влагонакопления, Па, по формуле е_о =? е_нiо /z_о:

е_о = (200+190+290+350+230)/5=252

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

z_о - число таких месяцев в периоде.

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

:

R^тр-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

z_о - продолжительность периода влагонакопления, выраженная в часах

с - плотность увлажняемого материала

Дщ_ср - допустимое приращение средней влажности, % по табл. 14 [1, с. 13]

R^тр-2< R_пв =2,5, значит, соответствует требованиям ГОСТа.

Проверка ограждения на воздухопроницание

1) Определяем плотность воздуха в помещении с_в,кг/м³, при температуре t_в=18?С и на улице с_н при температуре самой холодной пятидневки

t_н=-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

с_в = 0,029·101000/8,31·(273+18)=1,21

с_н = 0,029·101000/8,31·(273-35)=1,48

2) Вычисляем тепловой перепад давления, Па, по формуле

ДР_т=0,56 (с_н - с_в)·g·Н,

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

Н - высота здания, м.

ДР_т=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

ДР_в=0,3· с_н ·v²:

ДР_в=0,3· 1,48 ·(5,2)²=12,006

и суммарный(расчетный) перепад давления, Па, по формуле ДР= ДР_в+ ДР_т

ДР=29,665+12,006=41,671

5) Находим по табл. 12 [1, с. 11] допустимую воздухопроницаемость ограждения G^н: для общественных помещений G^н=0,5 кг/(м²·ч)

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

R^тр = ДР/ G^н:

R^тр = 41,671/0,5=83,342

7) Определяем по прил. 9 [1, с. 26] сопротивление воздухопроницанию каждого слоя:

Номер слоя	Материал	Толщина слоя, мм	Пункт прил. 9	Сопротивление Rнi, м2·ч·Па/кг
1	Кирпич глиняный на цементно-песчаном растворе	120	6	2
2	Кирпич глиняный на цементно-шлаковом растворе	120	8	1
3	Маты минераловатные	149	25	2
4	Воздушная прослойка	40		0
5	Раствор гипсоперлитовый	20	30	373

8) Находим располагаемое сопротивление воздухопроницанию, м²·ч·Па/кг, по формуле R_н=? R_нi: R_н=2+1+2+0+373=378

R_н> R^тр, следовательно, соответствует нормам.

тепловой роса защита помещение

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: д_общ=449 мм

§ масса 1 м² ограждения, кг/м²

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

§ сопротивление теплопередаче R_о=3,577 м² К / Вт

§ коэффициент теплопередачи К=1/ R_о=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. 240 с.

Размещено на Allbest.ru

...