Размещено на http://www.allbest.ru/

Сыктывкарский лесной институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования « Санкт - Петербургский государственный лесотехнический университет имени С. М. Кирова»

дисциплина: Тепло - газоснабжение с основами теплотехники

Расчетно-графическая работа.

«Теплотехнический расчет наружных ограждений жилого здания»

Введение

До 1995 года эти расчеты выполнялись по СНиП II-3-79** «Строительная теплотехника», в котором использовалась методика, разработанная еще в 1950-е годы.

В последние годы в нашей стране особенно остро встала проблема экономии топливно-энергетических ресурсов. В связи с этим возросли требования к эффективности строительных материалов и конструкций, позволяющих обеспечить более высокое сопротивление теплопередаче и, соответственно, меньшие затраты на отопление. Возникла необходимость в изменении методики расчета толщины ограждающих конструкций. В 1995 году издается новый СНиП II-3-79* «Строительная теплотехника», в котором требуемое сопротивление теплопередаче для ограждений возросло в несколько раз.

При таких высоких теплотехнических требованиях использование традиционных однослойных ограждений (кирпич, керамзитобетон) становится невозможным, поскольку толщина стены должна достигать более метра. Стало необходимым широкое применение многослойных ограждений с эффективными утеплителями, а также новых строительных материалов, обладающих низкими коэффициентами теплопроводности.

В 2000 году взамен СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика» был введен в действие новый СНиП 23-01-99 «Строительная климатология», в котором изменены значения расчетных температур наружного воздуха.

При выполнении расчетов студенты сталкиваются с трудностями из-за недостатка новых СНиПов и методических разработок, поскольку в существующих учебниках, пособиях и справочниках изложена старая методика теплотехнического расчета. С другой стороны, в последние годы в строительстве начал использоваться целый ряд новых эффективных строительных материалов, теплотехнические характеристики которых еще не включены в СНиП II-3-79*, что тоже вызывает трудности при выполнении расчетов в курсовом и дипломном проектировании. Настоящее методическое пособие имеет целью заполнить существующие пробелы и помочь студентам в выполнении расчетов толщины ограждающих конструкций.

1. Строительная теплотехника. Основные понятия и величины

При выполнении расчета необходимо понимать физический смысл ряда понятий и величин, используемых в строительной теплотехнике.

1.1 Плотность строительных материалов

г, кг/м3 - отношение массы строительного материала (P, кг) к его объему (V, м3):

. (1)

Плотность строительных материалов колеблется в очень широких пределах, от 25-30 кг/м3 у материалов из пористых пластмасс (пенополистирол, пенополиуретан) до 2800-3000 кг/м3 у гранита и мрамора.

1.2 Теплопроводность строительных материалов

Характеризуется коэффициентом теплопроводности л, Вт/м· оС, выражающим количество тепла, проходящего через 1 м2 ограждения при его толщине 1 метр и при разности температур на внутренней и наружной поверхности ограждения 1 оС.

На коэффициент теплопроводности материала влияют следующие свойства материала.

Плотность (пористость): чем больше в материале замкнутых пор, тем меньше коэффициент теплопроводности, поскольку любого плотного материала не менее чем в 100 раз превышает воздуха.

Химико-минералогический состав. Любой строительный материал имеет в своем составе кристаллические и аморфные вещества в различных соотношениях. Чем выше процент кристаллических веществ, тем больше коэффициент теплопроводности.

Собственная температура материала. Чем она выше, тем большей теплопроводностью обладает конструкция.

Влажность материала. При увлажнении конструкции в поры, заполненные воздухом, попадает вода, коэффициент теплопроводности которой выше, чем у воздуха, приблизительно в 20 раз. Поэтому теплопроводность материала резко возрастает, возникает опасность промерзания ограждающей конструкции. При промерзании конструкции вода, находящаяся в порах, превращается в лёд, коэффициент теплопроводности которого выше, чем у воды, еще в 4 раза. Поэтому так важно не допускать переувлажнения ограждающих конструкций.

Наибольшим коэффициентом теплопроводности обладают металлы: сталь - 50 Вт/м·оС, алюминий - 190 Вт/м·оС, медь - 330 Вт/м·оС. Наименьший коэффициент теплопроводности у эффективных утеплителей, пенополистирола и пенополиуретана: 0,03-0,04 Вт/м·оС.

1.3 Термическое сопротивление (сопротивление теплопередаче)

R, м2·оС /Вт, - важнейшее теплотехническое свойство ограждения. Оно характеризуется разностью температур внутренней и наружной поверхности ограждения, через 1 м2 которого проходит 1 ватт тепловой энергии (1 килокалория в час).

, (2)

где д - толщина ограждения, м;

л - коэффициент теплопроводности, Вт/м·оС.

Чем больше термическое сопротивление ограждающей конструкции, тем лучше её теплозащитные свойства. Из формулы (2) видно, что для увеличения термического сопротивления R необходимо либо увеличить толщину ограждения д, либо уменьшить коэффициент теплопроводности л, то есть использовать более эффективные материалы. Последнее более выгодно из экономических соображений.

Исходные данные.

Размеры здания 15Ч11.4 м;

Температура наиболее холодной пятидневки (обеспеченностью 0,92) tн = -20 °С;

Средняя температура отопительного периода tоп = -1,6 °С;

Продолжительность отопительного периода zоп = 259сут/год;

Температура внутреннего воздуха помещения при

условии, что tн = -20 °С tв = 20 °С;

Относительная влажность внутреннего воздуха в = 55 %;

Зона влажности по СНиП 23-02-2003 для г. Петропавловск-Камчатский - влажная (зона 1).

Условия эксплуатации ограждающих конструкций

Светопрозрачные ограждающие конструкции подбирают по следующей методике.

1). Нормируемое сопротивление теплопередаче светопрозрачных конструкций следует определять по таблице 4 СНиП 23-02. При этом сначала вычисляют для соответствующего климатического района количество градусо-суток отопительного периода . В зависимости от величины и типа проектируемого здания по колонкам 6 и 7 таблицы 4 определяется значение . Для промежуточных значений величина определяется по формулам примечания 1 к этой таблице.

2). Выбор светопрозрачной конструкции осуществляется по значениям приведенного сопротивления теплопередаче , приведенным в приложении Г. Если приведенное сопротивление теплопередаче выбранной светопрозрачной конструкции , больше или равно , то эта конструкция удовлетворяет требованиям норм.

3). При проверке требования по обеспечению минимальной температуры на внутренней поверхности светопрозрачных ограждений температуру этих ограждений следует определять как для остекления, так и для непрозрачных элементов по формуле

фsi = tint - [n(tint - text)] / ( бint) (14)

Если в результате расчета окажется, что <3°С, то следует выбрать другое конструктивное решение заполнения светопроема с целью обеспечения этого требования либо предусмотреть установку под окнами приборов отопления.

3.1 Теплотехнический расчет светопрозрачных конструкций

Определить конструкцию заполнения оконного проема.

Исходные данные:

Здание - жилой дом.

Район строительства: г. Арзамас.

Зона влажности - нормальная.

Расчетные условия

1. Градусо-сутки отопительного периода

Dd = (20 + 4,7) 216 = 5335°С•сут

2. Нормируемое значение сопротивления теплопередаче, Rreq, табл. 4.

Rreq = a•Dd+ b = 0,000075 5335 + 0,15 = 0,55 м2•0С/Вт

3. Выбор светопрозрачной конструкции осуществляется по значениям приведенного сопротивления теплопередаче , приведенным в приложении Г. Приведенное сопротивление теплопередаче окна должно быть не менее нормируемого. Заполнение светового проема - Двойное остекление с твердым селективным покрытием в спаренных переплетах R=0,55 м2•0С/Вт

Rreq, =

Если приведенное сопротивление теплопередаче выбранной светопрозрачной конструкции , больше или равно , то эта конструкция удовлетворяет требованиям норм.

4. При проверке требования по обеспечению минимальной температуры на внутренней поверхности светопрозрачных ограждений температуру этих ограждений следует определять как для остекления, так и для непрозрачных элементов по формуле

фint = tint - [n(tint - text)] / ( бint) = 20 - 0С

где : tint - расчетная температура воздуха внутри здания;

text - расчетная температура наружного воздуха;

n - коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху и приведенный в таблице 6;

Если в результате расчета окажется, что <3°С, то следует выбрать другое конструктивное решение заполнения светопроема с целью обеспечения этого требования либо предусмотреть установку под окнами приборов отопления.

4. Определение теплопотерь через наружные ограждения отапливаемых помещений и самих помещений

Теплопотери через наружные ограждения определяются для всех помещений, отопительные приборы, которых присоединены к расчётному стояку.

Каждому помещению на этаже даётся трёхзначный номер, проставляемый на плане помещения, первое число, которого, означает номер этажа, а два последующих - номер помещения на этаже, например: 101 - первое помещение на первом этаже; 215 - пятнадцатое помещение на втором этаже и т.д. Отсчёт помещений производится, начиная с левого углового по часовой стрелке. Каждое помещение имеет наружные и внутренние ограждающие конструкции. Теплопотери определяются только через наружные ограждения: наружные стены (Н.с), заполнения световых проёмов - одинарное остекление (О.о), двойное остекление (Д.о) и т.д., полы первого этажа (Пл) и перекрытие последнего этажа (Пр). Каждое помещение имеет свое назначение: жилая комната - Ж.к., сальня - Сп., кухня - К., Ванная - В., санузел - С.у.

Теплопотери через наружные ограждения состоят из “основных” и дополнительных.

Расчет помещения №2.

1. Основные потери тепла через ограждающую конструкцию, содержащую заполнение светового проёма, определяются суммированием теплопотерь как бы сплошной конструкции тех же размеров, определяемой по формуле (8) при расчётном значении k для сплошной стены и теплопотерь заполнения, вычисляемой по формуле:

Qз = (kз - k) Fз (tв - tн5 ) n.

Qз = (1,82 - 0,24) 4,32 (20+21) 1,15=398,17 Вт

2. Добавочные потери тепла, это потери учитывающие ориентацию ограждающей конструкции по сторонам света, «обдуваемость» ветром, инсоляцию воздуха через неплотности конструкции и щели, этажность и т.д.

а) добавочные потери тепла через наружное ограждение, связанные с ориентацией ограждения по сторонам света, определяются в процентах от основных на: С, СЗ, СВ, и В - 10%; З и ЮВ - 5%; Ю и ЮЗ - 0%;

наружная стена-ориентация: С-10%

наружная стена-ориентация: В-10%

двойное остекление - ориентация: В-10%

Основные потери тепла через полы первого и перекрытия последнего этажей определяются аналогично наружным стенам с учётом своих значений k, F (tв - tн5 ) и n. Добавочные потери тепла на ориентацию ограждения по сторонам света через полы и перекрытия отсутствуют; потери на ветер учитываются только для бесчердачных совмещённых перекрытий.

Qчер = (kз - k) Fз (tв - tн5 ) n.

Qчер = (1,82 - 0,22) 25,13(22+21) 1,15=3092,44 Вт

в) добавочные потери тепла на “обдуваемость” наружных ограждений с наветренной стороны при зимней скорости ветра не превышающей 5 м/с, принимаются в размере 10%, а при скорости ветра более 5 и более 10 м/с, приведённая величина должна быть увеличена в 2 и 3 раза соответственно.

«Другие» добавочные потери тепла принимаются в размере 15 % от основных.

Суммарные потери тепла через ограждающую конструкцию определяются по формуле:

Q = Qосн + Qдоб. (10)

Основные потери тепла через полы первого и перекрытия последнего этажей определяются аналогично наружным стенам с учётом своих значений k, F (tв - tн5 ) и n. Добавочные потери тепла на ориентацию ограждения по сторонам света через полы и перекрытия отсутствуют; потери на ветер учитываются только для бесчердачных совмещённых перекрытий.

Размеры наружных ограждений определяются по рис. 1 с точностью 0,01 м, а площади поверхностей с точностью 0,01 м2.

Теплопотери определяются через все наружные ограждения помещений и суммируются по помещениям и стоякам. При этом надо иметь в виду, что теплопотери через наружные стены и заполнения световых проёмов аналогичных помещений на разных этажах имеют одинаковые значения и, потому, достаточно вычислить их единожды. Теплопотери помещений первого и последнего этажей дополняются потерями тепла через полы первого и перекрытие последнего этажей. Теплопотери лестничной клетки определяются как единого помещения с одной наружной стеной со световыми проёмами, полом и перекрытием и соответствующими добавочными потерями тепла.

Результаты расчётов заносятся в бланк №1.

Бланк 1.

Результаты расчётов теплопотерь

(Продолжение бланка)

Заключение

Теплотехнический расчет начат с выбора расчетных параметров внутреннего и наружного воздуха (температуры, влажности и др.) в соответствии с действующими санитарно-гигиеническими нормами и климатическими характеристиками района строительства:tв= 20 °С; tн5= -21 °С; °С; tн5= -1,6 °С; цн=84 %; цв= 55 %; vн= 5 м/с

После выбора расчетных параметров определены приведенное и требуемое сопротивления теплопередаче R0пр= 3.44, м2·°C /Вт, R0тр= 2.95, м2·°C /Вт, основной части (глади) конструкции ограждения. Исходя из условия энергосбережения, толщину слоя изоляции увеличили до 0.25 м.

После определения R0тр и R0пр произведен расчет температурного поля в ограждении. Температура фв= 16.95 °С выше температуры точки росы tp=8.8°С.

Для заполнений световых проемов теплозащитные свойства регламентируются приведенным сопротивлением теплопередаче конструкции Rок.опр = 0.58 м2•°С/Вт, которое выше требуемого Rок.опр = 0.49 м2•°С/Вт.

Анализ влажностного режима наружного ограждения произведен, исходя из стационарного состояния с учетом только диффузии водяного пара через ограждение. Действительное давление водяного пара в воздухе помещения и наружном воздухе: рв = 1127.49 Па, рн =211.27 Па. Определены температурное поле в сечении ограждения при tн = tхм, полное сопротивление паропроницанию Rп.о = 7795.52·103 м2·ч·Па/кг. Построены графики изменения действительного парциального давления водяного пара и парциального давления водяного пара при полном насыщении в сечении ограждения.

В результате было установлено, что в слоях наружного ограждения возможна конденсация водяных паров. В связи с этим, необходимо предусмотреть следующие мероприятия, направленные на снижение количества влаги, впитываемой материалом ограждения:

1.- Снижение влажности внутреннего воздуха в помещении до нормальных значений (допускается до цв = 30%) за счет вентиляции и проветривания.

2.- Повышение температуры внутренней поверхности ограждения выше температуры точки росы, что достигается двумя способами:

* увеличением полного сопротивления теплопередаче ограждения R0, м2•°С/Вт.

* уменьшением сопротивления тепловосприятию Rв=1/бв, м2•°С/Вт, путем увеличения скорости движения воздуха у внутренних поверхностей наружных ограждений.

3.- Применение пористого материала на внутренней поверхности ограждения.

Основным конструктивным мероприятием для обеспечения защиты наружного ограждения от конденсации в нем влаги является рациональное расположение слоев различных материалов (к внутренней поверхности - материалы плотные, теплопроводные и малопаропроницаемые, а к наружной поверхности, наоборот, пористые, малотеплопроводные и более паропроницаемые).

Это оградит наружные стены не только от конденсации влаги, но и обеспечит материалу лучшие условия для предотвращения сорбционного увлажнения и, как следствие, приведет к снижению количества тепла, теряемого ограждением в отопительный период.

Для предотвращения конденсации можно применять пароизоляционные слои, состоящие из паронепроницаемых материалов (масляная краска, лаки, смолы и др.). Слои из таких материалов, уменьшают поток водяного пара и изменяют характер падения упругости водяного пара в ограждении.

Расчет воздушного режима наружных ограждений показал, что:

* разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ДР = 33.95 Па

* требуемое сопротивление воздухопроницанию стены Rитр= 67.9 м2•ч•Па/кг

* полное сопротивление воздухопроницанию стены Rи.о= 39553 м2•ч•Па/кг

* требуемое сопротивление воздухопроницанию окна Rи.октр= 0.38 м2•ч•/кг при ДР0 = 10 Па

* действительное сопротивление воздухопроницанию окна Rитр= 0.38 м2•ч•Па/кг

* действительный удельный массовый расход наружного воздуха через окно Gи.о=0.00086 кг/(м2•ч)

* удельный массовый расход наружного воздуха через окно Gи.ок= 5.97 кг/(м2•ч)

Список литературы

1. Орлов М.Е. Строительная теплофизика: учебно-методический комплекс / М.Е. Орлов. Ульян. гос. техн. ун-т. - Ульяновск: УлГТУ, 2006. - 123с.

2. Богословский В.Н. Строительная теплофизика (Теплофизические основы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха) / В.Н.Богословский. - М.: Высш. школа, 1982. - 415с.

3. Ильинский В.М. Строительная теплофизика (ограждающие конструкции и микроклимат здания) / В.М. Ильинский. - М.: Высш. школа, 1974. - 320с.

4. Фокин К.Ф. Строительная теплотехника ограждающих конструкций здания / К.Ф.Фокин. - М.: Стройиздат, 1973. 270с.

5. Внутренние санитарно-технические устройства: Справочник проектировщика в 3 частях. Ч. 1.Отопление / под.ред. И.Г.Староверова. М.: Стройиздат, 1990. - 343с.

6. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий. - М.: Госстрой России. ФГУП ЦПП, 2004.- 40с.

7. СНиП 23-01-99. Строительная климатология. Нормы проектирования. - М.: Минстрой России. ГП ЦПП, 1999. - 58с.

8. ГОСТ 30494-96. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях. - М. Минстрой России. ГП ЦПП, 1999. - 7с.

9. СП 23-01-2004. Проектирование тепловой защиты зданий. - М.: Госстрой России, ФГУП ЦПП, 2004. - 186с.

10. Теплотехнический расчет наружных ограждающих конструкций зданий: Методические указания к курсовой работе по строительной теплофизике и дипломному проектированию / сост. А.А.Кудинов. - Ульяновск: УлГТУ, 2000. - 31с.

Размещено на Allbest.ru