Расчет теплозащиты здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

Расчет теплозащиты здания



Введение

теплопередача инфильтрация энергосбережение

Объект данной курсовой работы - ограждающие конструкции, контактирующие с внешней средой.

Целями выполнения курсовой работы по дисциплине «Отопление, вентиляция и кондиционирования воздуха» являются усвоение теоретического материала и приобретение навыков анализа соответствия строительных конструкций требованиям строительных теплотехнических норм.

Исходные данные принимаются в зависимости от назначения здания и климата района строительства для варианта №23.

Необходимый справочный материал берется в методических указаниях к курсовой работе и литературе, указанной в списке использованных источников.



1. Исходные данные

Объект - жилое помещение (комната).

Город - Пермь, РФ.

Табл. 1. Исходные данные

		Температура наружного воздуха, 0С	Продолжитель-ность
Номер варианта	Город и зона влажности по карте [2]	холодной пятидневки, tХП	средняя за отопительный период, tОП	отопительного периода, ZОП, сут
23	Пермь 2	-35	-6,4	226

Рис. 1. Схема ограждающих конструкций

Рис. 2. План жилой комнаты



Рис. 3. Схема междуэтажных перекрытий

Характеристика климата

Температура наружного воздуха:

Холодной пятидневки tХП= -35,⁰С

Средняя температура отопительного периода tОП= -6,4 ⁰С

Относительная влажность воздуха j = 55%.

Продолжительность отопительного периода ZОП=226 сут

Расчетная температура внутреннего воздуха tв принимается для жилых комнат согласно [1] в холодный период года равной +18 ^оС при температуре холодной пятидневки tн-30 ⁰С и +20 ^оС при tн -30 ⁰С.

tв=20 ^оС, так как температура холодной пятидневки tн=-35 ⁰С

Теплотехнические показатели строительных материалов принимаются в зависимости от условий эксплуатации ограждающих конструкций. При зоне влажности 2 и влажный режим «нормальный», условия эксплуатации - Б.

Для заданной конструкции НС коэффициенты теплопроводности и теплоусвоения при условии эксплуатации - Б.

Табл. 2. Коэффициенты теплопроводности и теплоусвоения материалов ограждения

Наименование	Плотность,	Расчетные коэффициенты при условии эксплуатации Б
материала	, кг/м3	Теплопроводности , Вт/(м0С)	Теплоусвоения S, Вт/(м20С)
		Б	Б
1. Изв.-песч. раствор	1600	0,81	9,76
2. Газобетон	400	0,15	2,42



2. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций

Согласно строительным нормам [2] сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций R₀ следует принимать равным большему из двух: (требуемое сопротивление теплопередаче по санитарно-гигиеническим условиям) и (сопротивление теплопередаче по условиям энергосбережения).

2.1 Требуемое сопротивление теплопередаче

Сопротивление теплопередаче является наименьшим, при котором обеспечивается допустимая по санитарно-гигиеническим требованиям минимальная температура внутренней поверхности ограждения при расчетной зимней температуре наружного воздуха, и рассчитывается по формуле:

, (1)

Требуемое сопротивление теплопередаче окон принимается согласно [2] в зависимости от разности температур внутреннего воздуха и средней температуры наиболее холодной пятидневки (tв - tн) по табл. 3.

При tв - tн = 55 м^{2 о}С / Вт. Принимаем тип остекления - тройное в деревянном переплете (спаренный и одинарный).



2.2 Сопротивление теплопередаче по условиям энергосбережения

Сопротивление теплопередаче по условиям энергосбережения принимается по таблице 4 в зависимости от величины градусо-суток отопительного периода В:

В = (tв - tоп) Zоп,

где tоп - средняя температура наружного воздуха за отопительный период, ^оС;

Zоп - продолжительность отопительного периода, сут.

В = (20+6,4)*226=8073 градусо-суток.

Принимаем значение равное 6 тысячам градусо-суток.

=3,5 м^{2 о}С / Вт

=0,45 м^{2 о}С / Вт.

2.3 Определение толщины утепляющего слоя

Расчетное сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции принимается равным большему из полученных значений и . Из уравнения (2) находится термическое сопротивление слоя утеплителя Riут, по величине которого можно определить толщину утепляющего слоя конструкции:

= 1 /aв +R1+ … + Riут + …+ Rn +1/aн, (2)



где R1 … Riут … Rn - термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, определяемые для всех слоев как Ri = i/i, м^{2 о}С / Вт.

i - толщина i - го слоя, м;

i - коэффициент теплопроводности материала i - го слоя, Вт/(м ^оС);

aн - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции; для зимних условий согласно [2] для поверхностей, соприкасающихся с наружным воздухом, aн =23 Вт /(м^{2 о}С).

Rв+1 / 1+2 ут / 2 +Rн = Ro

1/8,7+0,02/0,81+R2+1/23= Ro

Принимаем наибольшее значение требуемого сопротивления, а именно

Ro=3,5 м^{2 о}С / Вт

Отсюда находим R2=3,317, а также

2 ут=0,5 (м).



3. Теплоустойчивость помещения

Тепловой режим помещения, как правило, нестационарный. Это связано с изменениями температуры наружного воздуха, теплоотдачи систем отопления, тепловыделений от оборудования, теплопоступлений от солнечной радиации.

Оценку теплоустойчивости помещения производят по величине амплитуды колебания температуры внутреннего воздуха. При регулировании систем центрального отопления допустимая амплитуда колебания температуры воздуха в помещении Аtв составляет 1,5 ^оС, при печном отоплении 3 ^оС. При аварийном режиме и дежурном отоплении температура внутреннего воздуха не должна опускаться ниже + 5 ^оС, а допустимая амплитуда изменения температуры внутреннего воздуха не должна превышать величину (tв 5) / 2.

В курсовой работе необходимо определить амплитуду изменения температуры внутреннего воздуха для заданной комнаты при регулировании работы системы центрального отопления пропусками при tн = 0 ⁰С. Режим регулирования принять следующий: m = 3 часа - натоп (система отопления работает), n = 3 часа - пропуск (система отопления отключена).

Величина Аtв рассчитывается по формуле

Аtв = 0,7 MQср / BiFi, (3)

Qср = (m Qмакс + n Qмин) / (m + n) =(Qмакс + Qмин)/2= Qмакс/2;

Qмакс = Qтп;

Qмин = 0;

Qтп = Qнс + Qок = Fнс*(tв-tн)/R0нс + Fок*(tв-tн)/R0ок;



Qтп = 1/3,5 *6,3*20 + 1/0,53*2,7*20=137,9 Вт;

Qср=137,9/2=68,95 Вт;

М= Qмакс/2 Qср =1;

Коэффициенты теплопоглощения В внутренних поверхностей ограждений в Вт/(м2^оС) находятся по формуле

B = 1/(1/в + 1/Yв), (4)

Способ определения величины Yв зависит от положения границы слоя резких колебаний температуры. Инерционность слоя резких колебаний численно равна единице (DРК = 1). Здесь используется показатель инерционности D, определяемый как

D = R*S,

где S - коэффициент теплоусвоения материала, Вт/(м2. ^оС).

Если тепловая инерция первого от внутренней поверхности слоя ограждающей конструкции D1 = R1S1 , граница слоя резких колебаний температуры находится в пределах первого слоя ограждения. В этом случае затухание колебаний температуры по толщине ограждения определяется только теплотехническими свойствами материала первого слоя и Yв = S1.

Если тепловая инерция первого слоя D1 < 1, следует рассчитать тепловую инерцию второго слоя D2 = R2S2 и определить тепловую инерцию первых двух слоев D1+D2. При D1 + D2 > 1 граница слоя резких колебаний температуры находится в пределах второго слоя конструкции и на затухание колебаний температуры оказывают влияние теплотехнические свойства материалов и первого и второго слоев. Поэтому

Для других случаев положения границы слоя резких колебаний температуры величина Yв может быть определена по методике, приведенной в [3].

Табл. 3. Исходные данные для расчета

Вид	Площадь	1-й слой	2-й слой
ОК	F, м2	1, м	1, Вт/(м0С)	S1, Вт/(м20С)	2, м	2, Вт/(м0С)	S2, Вт/(м20С)
НС	6,3	0,02	0,81	9,76	0,50	0,15	2,42
ВС	15,3	0,02	0,81	9,76	0,38	0,87	10,9
ВП	15,3	0,02	0,81	9,76	0,1	1,86	17,9
ДО	3,6	0,04	0,18	4,54	-	-	-
ПЛ	17,1	0,04	0,18	4,54	0,22	2,04	17,0
ПТ	17,1	0,005	0,93	11,1	0,22	2,04	17,0

Расчет инерционности и коэффициента теплоусвоения ограждений

= SтаблSтабл

Z=6 часов

D = R*S=i / i *S1z

1. Наружные стены:

D1=0,02*2*9,76/0,81=0,482<1 следовательно, рассчитываем D2:

D2=0,50*2*2,42/0,15=16,133

D1+D2=0,482+16,133=16,615>1

Вт/(м⁰С)

B1=1/(1/8,7+1/9,65)=4,54 Вт/(м⁰С)

BF1=4,54*6,3=28,60 Вт/⁰C.

2. Внутренние капитальные стены:

D1=0,02*2*9,76/0,81=0,482<1 следовательно, рассчитываем D2:

D2=0,38*2*10,9/0,87=9,522

D1+D2=0,482+9,522=10,00>1

Вт/(м⁰С)

B2=1/(1/8,7+1/21,05)=6,154 Вт/(м⁰С)

BF2=6,154*15,3=94,15 Вт/⁰C.

3. Внутренние перегородки:

D1=0,02*2*9,76/0,81=0,482<1 следовательно, рассчитываем D2:

D2=0,1*2*17,9/1,86=1,925

D1+D2=0,482+1,925=2,407>1

Вт/(м⁰С)

B3=1/(1/8,7+1/30,46)=6,766 Вт/(м⁰С)

BF3=6,766*15,3=103,518 Вт/⁰C.

4. Двери:

D1=0,04*2*4,54/0,18=2,018>1

Y_в4=S1z=2*4,54=9,08 Вт/(м⁰С)

B4=1/(1/8,7+1/9,08)=4,443 Вт/(м⁰С)

BF4=4,443*3,6=15,99 Вт/⁰C.

5. Пол:

D1=0,04*2*4,54/0,18=2,018>1

Y_в5=S1z=2*4,54=9,08 Вт/(м⁰С)

B5=1/(1/8,7+1/9,08)=4,443 Вт/(м⁰С)

BF5=4,443*17,1=75,98Вт/⁰C.

6. Потолок:

D1=0,005*2*11,1/0,93=0,119<1 следовательно, рассчитываем D2

D2=0,22*2*17/2,04=3,67

D1+D2=0,119+3,67=3,789>1

Вт/(м⁰С)

B6=1/(1/8,7+1/30,986)=6,793 Вт/(м⁰С)

BF6=6,793*17,1=116,16 Вт/⁰C.

Табл. 4. Результаты расчета теплопоглощения

Вид ОК	D1	YВ, Вт/(м20С)	В, Вт/(м20С)	BF, Вт/ 0С
НС	0,482	9,65	4,540	28,60
ВС	0,482	21,05	6,154	94,15
ВП	0,482	30,46	6,766	103,518
ДО	2,018	9,08	4,443	15,99
ПЛ	2,018	9,08	4,443	75,98
ПТ	0,119	30,986	6,793	116,16
?BF=434,780

Амплитуда колебания температуры воздуха в помещении

Аtв = 0,7 *1*68,95/434,780= 0,11⁰C< 1,50C

Амплитуда колебания меньше допустимого, значит режим регулирования отпуска тепла допустим.



4. Влажностный режим ограждения

Сопротивление паропроницанию ограждающей конструкции должно быть не ниже требуемого, определяемого по теплотехническим нормам [2].

Расчет возможного влажностного режима заданной конструкции ограждения предлагается провести, исходя из стационарного режима и учитывая только диффузию водяных паров через ограждение [2,3]. В результате расчета необходимо сделать вывод о возможности конденсации водяных паров в толще ограждения.

Сначала необходимо найти распределение температуры по толщине ограждения при температуре наружного воздуха tн, равной температуре наиболее холодной пятидневки tхп. Искомые температуры можно определить аналитическим или графическим методом.

В первом случае расчет выполняется по формуле

, (13)

, (14)

где x - температура в сечении x, ⁰C;

tв - расчетная температура внутреннего воздуха, ⁰C;

R0 - общее сопротивление теплопередаче ограждения, м2⁰C /Вт;

- сумма термических сопротивлений на участке от воздуха помещения до рассматриваемого сечения, м2⁰C /Вт;

q = (tв-tн)/R0 - теплопотери через 1 м² поверхности стены, Вт/м2.

Общее сопротивление теплопередаче



= 3,5 м²⁰C /Вт

Для расчета температуры внутренней поверхности ограждения в сумма термических сопротивлений на участке от воздуха помещения до внутренней поверхности стены равна Rв. Теплопотери через 1м² поверхности стены:

q = (tв - tн)/R₀ = (20+35)/3,5 = 15,71 Вт/м2.

Из уже рассчитанного известно, что R1=0,025, R2=3,317 м²⁰C /Вт.

Тогда на внутренней поверхности:

в = 20 - 15,71*0,115 = 18,19 ⁰С.

Температура на границе первого и второго слоев:

1 = 20 - 15,71 (0,115+0,025) = 17,80 ⁰С.

Температура на наружной поверхности:

н = 20 - 15,71*(0,115+0,025+3,317) = -34,31⁰С.

График изменения температуры по толщине ограждения наносится также на чертеж ограждения, выполненный в масштабе 1:5 (в приложении на формате А4). На чертеже в нижней части строится шкала значений парциальных давлений водяных паров в масштабе и производится построение линии максимальных парциальных давлений Е, значения которых определяются в зависимости от температур в слоях ограждения по формуле М.И. Фильнея [6] в диапазоне температур 0…100 ^оС:

, (15)

где Е - парциальное давление насыщенного водяного пара, Па;

t - температура пара (воздуха), ^оС.

График изменения действительных парциальных давлений водяных паров по толщине ограждения может быть построен по вычисленным их значениям в характерных точках ограждения:

, (16)

, (17)

где ев, ен - действительные парциальные давления водяных паров во внутреннем и наружном воздухе, Па: ев = вЕв; ен = нЕн;

в, н - относительная влажность внутреннего и наружного воздуха (0,6 и 0,8 соответственно);

Ев, Ен - максимальное парциальное давление водяного пара, рассчитанное при температурах tВ и tН соответственно, Па;

Rпо - общее сопротивление паропроницанию ограждения, м2чПа/мг;

- сумма сопротивлений паропроницанию на участке от внутренней поверхности ограждения до рассматриваемого сечения, м2чПа/мг;

m = (eв - ен)/Rпо

- расход пара, проходящего через 1 м² поверхности ограждения, мг/(м2ч).

Общее сопротивление паропроницанию принятой конструкции ограждения состоит из сопротивлений паропроницанию отдельных слоев конструкции ограждения: Rпо = Rп1+ … +Rпn, где Rпi = дi/мi - сопротивление паропроницанию слоя ограждения; i - толщина слоя ограждения, м; i - коэффициент паропроницаемости материала слоя, мг/(мчПа), принимаемый по таблице Физических характеристик строительных материалов.

Максимальные парциальные давления водяного пара:

=2089 Па,

=2042 Па,

=1227 Па,

=614 Па,

=288 Па,

=126 Па,

=51Па,

=34 Па.

сл=0,02+0,5=0,52 м

Действительные парциальные давления водяного пара:

ев = вЕв=0,55*2089=1149 Па (в=0,55),

ен = нЕн=0,80*34=27 Па (н =0,80),

= ?Rп=? дi/мi



=0,02/0,09+0,50/0,11=4,76 мг/ м2чПа.

Па,

Па.

График изменения температуры и парциальных давлений по толщине ограждения приложен к пояснительной записке в формате А4. Обозначена зона возможной конденсации паров в ограждении.



5. Воздухопроницание

Под влиянием ветра и теплового напора через щели, поры, неплотности, имеющиеся в наружных ограждениях, в помещения может проникать наружный воздух. Это явление, называемое инфильтрацией, приводит к увеличению затрат на отопление, так как часть тепла идет на нагревание инфильтрующегося воздуха. С целью уменьшения и наиболее точного учета этих затрат производят проверку соответствия ограждающих конструкций требованиям строительных норм по инфильтрации и расчет количества тепла на нагревание проникающего в помещение воздуха.

При выполнении расчетов в этом разделе количество этажей в здании принять равным 10, а номер этажа расчетного помещения - по последней цифре номера задания (этаж №3).

5.1 Проверка ограждающих конструкций на инфильтрацию

Требуемое сопротивление инфильтрации для стен и окон определяется по формулам [2]:

, (18)

, где (19)

Разность давлений воздуха, под действием которой происходит инфильтрация, определяется по формуле

, (20)



где H - высота здания, принимаемая равной 30 м;

Н, В-удельный вес наружного и внутреннего воздуха, Н/м3, определяемый как

= 3463 / (273+t) при подстановке tН для Н и tВ для В;

v - скорость ветра по [5], для расчетов принять = 5 м/с.

н=3463/(273+(-35))=14,55 Н/м2

в=3463/(273+20)=11,82 Н/м2

P=0,55*30*(14,55-11,82)+0,03*14,55*25=55,96 Па

=55,96/0,5=111,91 м²чПа/кг

=55,96^2/3/6=2,44 м²чПа/кг.

Рассчитанные значения сопоставляются с фактическими значениями , определяемыми в зависимости от вида ограждения.

Для наружных стен фактическое сопротивление воздухопроницанию определяется как

Rи, нс = Rи1+Rи2+ … + Rиn,

где Rи1, Rи2,…, Rиn - сопротивления воздухопроницанию слоев ограждения, определяемые как R_И = / i, м2чПа/кг; - толщина слоя ограждения, м; i - коэффициент воздухопроницания материала слоя, кг/(мчПа), принимаемый по табл. Физических характеристик строительных материалов.

Rи, нс=0,02/(0,11*10-3)+0,50/(0,05*10-3)=10182 м²чПа/кг

Для заполнений окон сопротивление воздухопроницанию принимается по табл. Сопротивлений воздухопроницанию световых проемов.

Rи, ок=2,57 м²чПа/кг

На основании сопоставления значений требуемых и фактических сопротивлений воздухопроницанию проверяется выполнение условий

Rи, нс ? ; Rи, ок ?

и делается вывод о соответствии запроектированной конструкции действующим нормативам. Условие выполняется, а значит запроектированная конструкция соответствует действующим нормативам.

По условия воздухопроницания мы выбираем тройное остекление в раздельных и спаренных переплетах с 3 уплотненными притворами, сопротивлением равным 2,57 м²чПа/кг

5.2 Расчет затрат тепла на инфильтрацию

В этом разделе работы необходимо определить затраты тепла на нагревание инфильтрующегося воздуха, затраты тепла на компенсацию тепловых потерь через наружные ограждения (стены и окна) и определить долю затрат тепла на инфильтрацию от общих теплопотерь помещения.

Расход тепла на нагрев инфильтрующегося воздуха Qи определяется по формуле [1]:

,

где с - удельная теплоемкость воздуха; с = 1000 Дж/(кг⁰С);

Gнс, Gок - расходы воздуха, инфильтрующегося через наружные стены и окна, кг/(м2ч);

Fнс, Fок - площади наружных стен и остекления, м2;

Анс, Аок - коэффициенты, учитывающие действие встречного теплового потока; Анс = 0,8; А ок = 0,6;

tВ - температура внутреннего воздуха,⁰С:

tН - расчетная температура наружного воздуха для проектирования систем отопления и вентиляции в холодный период года, принимаемая равной средней температуре наиболее холодной пятидневки (tН = tХП),⁰С.

Фактический расход инфильтрующегося воздуха рассчитывается для наружных стен и остекления по формулам:

;,

где РФ - фактическая разность давлений воздуха, Па;

Rи, нс; Rи, ок - фактические сопротивления инфильтрации.

Фактическая разность давлений находится по выражению

?Pф = (H - h) (гн - гв) + 0,05 гн v2 (Cн - Cз) k,

Где h - расстояние от уровня земли до оси рассчитываемого ограждения, м; для 3 этажа h=3*3-1,5=7,5 м

CН, С3 - значения ветровых коэффициентов на наветренной и заветренной сторонах здания по [6]; в расчетах принять СН = 0,8; С3 = - 0,6;

k - коэффициент, учитывающий высоту здания и тип местности по [5]; в расчетах принять k = 1.

Рф=(30-7,5)*(14,55-11,82)+0,05*14,55*25*(0,8 - (-0,6))*1=134,18 Па

=134,18/10182=0,013 кг/(м2*ч)

=134,18^2/3/2,44=10,742 кг/(м2*ч)

Qи=1000/3600*(0,013*6,3*0,8+10,742*2,7*0,6)*(20+35)=268,99 Вт

После определения Qи следует рассчитать потери тепла через наружные ограждения расчетного помещения Q_ТП:

Q_ТП = Q_ТП,НС + Q_ТП,ОК = (Fнс/Rо, нс + Fок/Rо, ок) (tв - tн),

где R_О,НС; R_О,ОК - общие сопротивления теплопередаче для наружных стен и остекления.

Q_ТП=(Fок/Rо, ок+Fнс/Rо, нс)*(tв-tн)=(2,7/0,53 + 6,3/3,5)*55=379 Вт

Общие теплопотери расчетного помещения Qо равны сумме теплопотерь через наружные ограждения и потерь тепла на инфильтрацию:

Qо = Q_ТП + Q_И,

Qо=269+379=648 Вт.

а доля затрат тепла на инфильтрацию в общих теплопотерях составит

Qи/Qо=269/648*100%=41,5%.



Список использованных источников

1. СНиП 2.08.01-89*. Жилые здания. М.: ГП ЦПП, 2000. 66 с.

2. СНиП II-3-79*. Строительная теплотехника. М.: ГУП ЦПП, 1999. 28 с.

3. Фокин К.Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий. М.: Стройиздат, 1959. 319 с.

4. СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология. М.: ГУП ЦПП, 2000. 58 с.

5. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. М.: АПП ЦИТП, 1986. 36 с.

6. Фильней М.И. Новые формулы для определения термодинамических свойств водяного пара, содержащегося в атмосферном воздухе // Известия вузов. Строительство и архитектура. 1966. №9. С. 98.

7. Методические указания к курсовой работе и практическим занятиям для студентов всех форм обучения специальности 140104 «Промышленная теплоэнергетика»

Размещно на Allbest.ru

...