Теплотехнический расчёт ограждения

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

КУРСОВАЯ РАБОТА

Теплотехнический расчёт ограждения



ВВЕДЕНИЕ

Человек проводит в помещении до 90% своего времени. В разных климатических зонах, в странах с различным уровнем социально-экономического развития и т.д. эти цифры могут колебаться. В Центральной и Восточной Европе, например, служащий мужчина находится ежедневно в помещении 21-22 часа, а женщина - свыше 23 часов. Для создания нормальных условий его жизнедеятельности необходимо поддерживать в этих помещениях строго определенный тепловой режим.

Тепловой режим в помещении, обеспечиваемый системой отопления, тепловой защитой от внешних погодных воздействий и работой отопительно-вентиляционных установок, определяется в первую очередь теплотехническими и теплофизическими свойствами ограждающих конструкций. В связи с этим высокие требования предъявляются к выбору конструкции наружных ограждений, защищающих помещения от сложных климатических воздействий или перегрева, увлажнения, промерзания и оттаивания, паро- и воздухопроницания.

Целью настоящей курсовой является теплотехнический расчет тепловой защиты помещения для заданного района строительства, закрепление теоретических знаний и получение навыков теплотехнических расчетов наружных ограждений.



1.ВЫБОРКА ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

Целью раздела: выбор исходных данных для последующих теплотехнических расчетов.

Пункт постройки здания - г. Чебоксары

Назначение здания - Больница

Климат местности

Цель подраздела: определить характеристики климата для заданного пункта строительства.

Средние месячные температуры и упругости водяных паров воздуха:

Величина	Месяц
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
tн ,?C	-13,0	-12,4	-6,0	3,6	12,0	16,5	18,6	16,9	10,8	3,3	-3,7	-10,0
ен, гПа	2,3	2,3	3,4	6,0	8,8	12,1	14,8	13,6	10,0	6,5	4,4	3,0

Температура воздуха, ?C:

средняя наиболее холодной пятидневки: - 32,0?C

средняя отопительного периода (8 ?C): -4,9?C

средняя отопительного периода (10 ?C): -3,9?C

Продолжительность периодов, сут.:

влагонакопления: 156 дней

отопительного ( 8 ?C): 217 дней

отопительного ( 10 ?C): 232 дня

Максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь, м/с: 5,0

Вывод подраздела: были определены средние месячные температуры и упругости водяных паров воздуха, средние температуры воздуха для наиболее холодной пятидневки и отопительного периода, продолжительность периодов влагонакопления и отопительного.



1.1 Параметры микроклимата помещения

Цель подраздела: предопределить параметры микроклимата помещения назначением здания.

Назначение помещения: лечебно-профилактическое помещение

Температура внутреннего воздуха:tв = 22?С

Относительная влажность внутреннего воздуха:цв = 53%

Чертёж разреза, наименования материалов слоёв и их плотности:

Раствор цементно-песчаный (1800)

Кирпич трепельный на ц/п растворе (1000)

Плиты из стеклянного штапельного волокна (15)

Замкнутая воздушная прослойка

Листы асбестоцементные плоские (1800)

Вывод подраздела: были предопределены параметры микроклимата помещения назначением здания.



1.2 Теплофизические характеристики материалов

Цель подраздела: определить влажностные условия эксплуатации ограждения и на основе полученных данных принять расчетные значения теплофизических характеристик материалов.

Влажностный режим помещения нормальный[3, табл. 1]

при tв= 22?С и относительной влажности цв= 53%;

Пункт строительства - г. Чебоксары - расположен в нормальной зоне влажности, [3, прил. В];

Влажностные условия эксплуатации ограждающей конструкции - Б[3, табл. 2]

Характеристика материалов, составляющих ограждающую конструкцию [3, прил. Т], приведены в табл. 1;

Значение термического сопротивления замкнутой воздушной прослойки:

R4 = 0,17 (м2*К/Вт);

Термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки:

Rп4 = 0

Номер слоя	Материал	Номер по прил.	Плотность с, кг/м3	Коэффициенты
				Теплопроводности л, Вт/(м*К)	Паропроницания м, мг/(м*ч*Па)
1	Раствор цементно-песчаный	201	1800	0,93	0,09
2	Кирпич трепельный на ц/п растворе	185	1000	0,47	0,23
3	Плиты из стеклянного штапельного волокна	38”	15	0,055	0,55
5	Листы асбестоцементные плоские	216	1800	0,52	0,03

Таблица 1. Характеристика материалов, составляющих ограждающую конструкцию

Вывод раздела. В следующей последовательности были выбраны исходные данные для теплотехнических расчетов:

определены характеристики климата для заданного пункта строительства;

определены параметры микроклимата помещения назначением здания;

определены влажностные условия эксплуатации ограждения и на основе полученных данных приняты расчетные значения теплофизических характеристик материалов.



2.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЧКИ РОСЫ

Цель раздела: определить значения фактической упругости насыщенного водяного пара в помещении и точки росы.

Упругость насыщающих воздух водяных паров находим из прил. 1 «Методических указаний»:

Eв = 2619 Па при tв = 22 ?С

Определяем фактическую упругость водяных паров по формуле:

ев = = (Па)

По численному значению фактической упругости пара определяем точку росы по прил.1 «Методических указаний»:tр = 12 ?С

Вывод раздела.Были определены значения фактической упругости насыщенного водяного пара в помещении и точки росы.



3.ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОРМЫ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ

Цель раздела: определитьтребуемое сопротивление теплопередачи ограждающей конструкцией исходя из требований санитарных норм и энергосбережения для расчета требуемой толщины утепляющего слоя.

3.1 Определение нормы тепловой защиты по условию энергосбережения

тепловой защита помещение пар

Цель подраздела: определить требуемые нормы тепловой защиты по условию энергосбережения.

Определяем градусо-сутки отопительного периода для г. Чебоксары:

ГСОП = X = (tв-tот)*zот = (22+3,9)*232 = 6008,8 (град*сут)

Постоянные линейного уравнения для определения приведенного сопротивления теплопередачи по условию энергосбережения стены общественного здания:R = 1,4 м2*К/Вт, в=0,00035 м2/Вт*сут

Определяем нормативное значение приведенного сопротивления теплопередачипо условию энергосбережения:

Rоэ = R+в*X = 1,4+ 0,00035*6008,8 = 3,503 (м2*К/Вт)

Вывод подраздела: были определены требуемые нормы тепловой защиты по условию энергосбережения.

3.2 Определение норм тепловой защиты по условию санитарии

Цель подраздела: определить требуемые нормы тепловой защиты по условию санитарии.

По нормам санитарии в здании больницы перепад температур между

воздухом и поверхностью стены не должен превышать =4 ?С, согласно СП 50.13330.2012

Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции принимаем бв=8,7 Вт/(м2*К), согласно СП 50.13330.2012

Вычисляем нормативное сопротивление теплопередаче по условию санитарии:

Rос =1,552 (м2*К/Вт)

Вывод подраздела: были определенытребуемые нормы тепловой защиты по условию санитарии.

3.3 Норма тепловой защиты

Цель подраздела: выбрать из вычисленных нормативных значений сопротивлений теплопередаче наибольшее, назвав его требуемым значением сопротивления теплопередаче.

Из вычисленных значений сопротивлений теплопередачи: экономической Rоэ и санитарной Rос к реализации принимаем большее из них, назвав его требуемымRотр:

Rотр = Rоэ = 3,503 м2*К/Вт

Вывод подраздела: было выбрано наибольшее значение из вычисленных нормативных сопротивлений теплопередаче, оно было названо требуемым значением сопротивления теплопередаче.

Вывод раздела: было определено требуемое сопротивление теплопередачи ограждающей конструкцией исходя из требований санитарных норм и энергосбережения для расчета требуемой толщины утепляющего слоя.



4. РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ УТЕПЛИТЕЛЯ

Цель раздела: вычислить значения сопротивлений теплообмену на внутренней и верхней поверхностях, а также в слоях конструкции, рассчитать толщину и термическое сопротивление утепляющего слоя и определить общее термическое сопротивления ограждения.

Теплоотдачи наружной поверхности ограждения внешней средебн = 23 Вт/(м2*К), согласно СП 50.13330.2012

4.1 Сопротивление теплообмену на поверхности стены

1) на внутренней поверхности:

Rв = (м2*К/Вт)

2) на наружной поверхности:

Rн = (м2*К/Вт)

Определяем термические сопротивления слоев конструкции с известными толщинами:

R=;

R1=0,011 (м2*К/Вт)

R2=0,255 (м2*К/Вт)

R5=0,023 (м2*К/Вт)

Вычисляем минимально допустимое (требуемое) термическое сопротивление утеплителя:

(м2*К/Вт)

Вычисляем минимально допустимую толщину утепляющего слоя:

(м)

Округляем до значения, кратного строительному модулю 0,02 м:

0,16 м

Вычисляем термическое сопротивление расчетного слоя после унификации(округления до модуля):

2,909 (м2*К/Вт)

Определяем общее термическое сопротивление ограждения с учётом унификации:

=0,115+0,043+0,011+0,255+2,909+0,17+0,023=3,526 (м2*К/В);

?.



Вывод раздела был рассчитан толщина слоя



5. ПРОВЕРКА ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ОГРАЖДЕНИЯ НА ВЫПАДЕНИЕ РОСЫ

Цель раздела: выполнить проверку поверхности ограждения на выпадение росы.

Вычисляем температуру на внутренней поверхности ограждения:

20,2 (?С); tр = 12 ?С

? tр

Роса не будет выпадать на внутренней поверхности ограждающей конструкции

Определяем термическое сопротивление конструкции:

= 0,011+0,255+2,909+0,17+0,023= 3,368 (м2*К/Вт)

Вычисляем температуру в углу стыковки наружных стен по формуле:(?С)

В формулу подставляем R=2,2 м2*К/Вт, так как м2*К/Вт

>tр

Роса не будет выпадать в углу стыковки наружных стен



6. ПРОВЕРКА НА ВЫПАДЕНИЕ РОСЫ В ТОЛЩЕ ОГРАЖДЕНИЯ

Цель работы: выполнить проверку на выпадение росы в толще ограждения

Определяем сопротивление паропроницанию каждого слоя:

(м2*ч*Па/мг)

(м2*ч*Па/мг)

(м2*ч*Па/мг)

(м2*ч*Па/мг)

Сопротивление паропроницанию конструкции в целом:

(м2*ч*Па/мг)

Вычисляем температуру на поверхности ограждения при средней температуре самого холодного месяца - январь (tнI= 13,0?С):

(?С)

Согласно прил. 1 «Методических указаний» находим максимальную упругость насыщенных водяных паров Па.

Графическим методом (см. рис. 1) определяем изменение температуры по толщине ограждения при средней температуре самого холодного месяца (февраля).

Для температур, определённых на границах слоев, по прил. 1 и 2 «Методических указаний», находим значения E для этих границ.

Строим график изменения значений e и E по толщине ограждения

(см. рис. 2).

Пересечение линий E и e есть признак выпадения росы. Линия E пересекает e, поэтому требуется определение границ зоны конденсации и проверка влажностного режима конструкции.



7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПЛОСКОСТИ ВОЗМОЖНОЙ КОНДЕНСАЦИИ ГРАФИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Цель раздела: 1. определение положения плоскости возможной конденсации графическим методом

По максимальному провисанию линии E под линией е находим, что плоскость возможной конденсации находится на границе между 3 и 5 слоем (см. рис. 2).

Из графика на рис. 2 определяем:

Сопротивление паропроницанию слоев между плоскостью возможнойконденсации и внутренней поверхностью ограждения:

м2*ч*Па/мг

Сопротивление паропроницанию слоев между плоскостью возможной конденсации и наружной поверхностью ограждения:

м2*ч*Па/мг

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



8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПЛОСКОСТИ ВОЗМОЖНОЙ КОНДЕНСАЦИИ ДЛЯ ПЕРИОДА С ОТРИЦАТЕЛЬНЫМИ СРЕДНЕМЕСЯЧНЫМИ ТЕМПЕРАТУРНЫМИ В СООТВЕТСТВИИ С СП 50.13330.2012

Цель раздела: определение положения плоскости возможной конденсации аналитическим методом.

Вычисляем значение комплекса для каждого слоя, характеризующего температуру в плоскости возможной конденсации (максимального увлажнения), по формуле

- средняя температура наружного воздуха периода с отрицательными среднемесячными температурами

- средняя упругость водяных паров наружного воздуха периода с отрицательными среднемесячными температурами

По полученным значениям комплекса определяем соответствующие значения температур в плоскости максимального увлажнения

Составляем таблицу с этими значениями и значениями температур на границах слоя

Номер слоя			Температура на границе слоев,
			Внутренняя поверхность слоя	Наружная поверхность слоя
1	5,559		20,8	20,6
2	28,110		20,6	18,2
3	574,42	-22,2	18,2	-10,6
5	3,314		-12,3	-12,5

Расчет не может быть произведен аналитическим методом. Далее следует руководствоваться графическим методом при выборе плоскости возможной конденсации.



9. ПРОВЕРКА ВЛАЖНОСТНОГО РЕЖИМА ОГРАЖДЕНИЯ

Цель раздела: выполнить проверку ограждения на возможность накопления влаги в ограждении в течении года и на возможность избыточного приращения влажности увлажняемого слоя при конденсации в течении периода влагонакопления

Плоскость возможной конденсации оказалась на границе слоев 3 и 4.

Определяем средние температуры наружного воздуха:

зимнего периода, охватывающего месяцы со средними температурами ниже5?С: tзим = 10,35?С;

весенне-осеннего периода, охватывающего месяцы со средними температурами от 5 до +5?С: tво= 1,07?С;

летнего периода, охватывающего месяцы со средними температурами более+5?С: tл= 14,96 ?С;

периода влагонакопления, к которому относятся месяцы со средними температурами 0?С и ниже: tвл= 9,02 ?С.

Период и егоиндекс	Индекс	Месяцы	Число Месяцев в периоде, z	Средняя наружная температура периода, ?С	В плоскости конденсации
					Температура t, ?С	Максимальная упругость E, Па
Зимний	«зим»	1, 2, 3, 12	4	-10,35	-8,2	334
Весенне-осенний	«во»	4,10, 11	3	1,07	2,5	729
летний	«лет»	5, 6, 7, 8, 9	5	14,96	15,5	1743
Влагонакопления	«отр»	1, 2, 3, 11, 12	5	-9,02	-7,1	363

Графическим способом находим значение температур в плоскости возможной конденсации, а по ним определяем, пользуясь прил. 1 и 2 «Методических указаний», значение E.



Вычисляем среднегодовую упругость насыщающих водяных паров в плоскости возможной конденсации:

(Па)

Определяем среднегодовую упругость водяных паров в наружном воздухе:

(Па)

Вычисляем требуемое сопротивление паропроницанию внутренних слоев конструкции, при котором обеспечивается ненакопление влаги в увлажнённом слое из года в год:

м2*ч*Па/мг <м2*ч*Па/мг

Располагаемое значение сопротивления паропроницанию внутренних слоев превышает требуемое, что соответствует требованиям норм.

Определяем среднюю упругость водяных паров в наружном воздухе для периода влагонакопления:

(Па),

где zо - число месяцев в периоде, имеющих ?С.

Для материала увлажняемого слоя по табл.10 [1] определить значение предельно допустимого приращения влажности Дщср:

Дщср=3% по массе

Вычисляем требуемое сопротивление паропроницанию внутренних слоевконструкции, ограничивающих приращение влажности:

(м2*ч*Па/мг),

где - толщина увлажняемого слоя, м;

z0- продолжительность периода влагонакопления,ч;

- плотность увлажняемого материала;

- допустимое приращение средней влажности, %

м2*ч*Па/мг>Rпв=0.929 м2*ч*Па/мг

Располагаемое значение сопротивления паропроницанию внутренних слоев ниже требуемого, что не соответствует требованиям норм.

Конструкция не отвечает требованиям по паропроницанию. Следует установить слой пароизоляции между слоями утеплителя и кирпичной кладки. Из материалов, представленных в табл. М.1 (прил. М) СП 50.13330.2012, только полиэтиленовая плёнка восполняет дефицит сопротивления паропроницанию.



10. ПРОВЕРКА ОГРАЖДЕНИЯ НА ВОЗДУХОПРОНИЦАНИЕ

Цель раздела: выполнить проверку ограждения на воздухопроницание

Определяем плотность воздуха

в помещении:

на улице:

где =0,029 кг/моль - молярная масса воздуха;

Р=101 кПа - барометрическое давление;

R=8,31 Дж/(моль*К) - универсальная газовая постоянная.

Вычисляем температурный перепад давления

,

где Н = 44 м - высота здания.

Вычисляем ветровой перепад давления

,

где расчетная скорость ветра в январе месяце ; и более

Вычисляем суммарный (расчётный) перепад, действующий на ограждение



Допустимая воздухопроницаемость стен общественных зданий Gн=0,5 кг/(м2 *ч),согласно табл. 10 «Методических указаний».

Определяем требуемое (минимально допустимое) сопротивление инфильтрации:

(м2*ч*Па/мг).

Определяем по табл. 11 «Методических указаний» сопротивление воздухопроницанию каждого слоя:

№ слоя	Материал слоя	№ п. по табл. С.1	Толщина слоя, мм	Сопротивление воздухопроницанию , м2чПа/кг
1.	Штукатурка цементно-песчаным раствором по каменной или кирпичной кладке	27	10	13,33
2.	Кирпич трепельный на ц/п растворе	5	120	8,64
3.	Плиты из стеклянного штапельного волокна	22	160	6,4
№ слоя	Материал слоя	№ п. по табл. С.1	Толщина слоя, мм	Сопротивление воздухопроницанию , м2чПа/кг
4.	Замкнутая воздушная прослойка	-	50	0
5.	Листы асбестоцементные плоские	9	12	400

Найти располагаемое сопротивление воздухопроницанию ограждения

13,33*0,01+8,64*0,12+6,4*0,16+0+400*0,012 =6,994 (м2*ч*Па/мг)

Rи <Rитр, т.е. конструкция не отвечает требованиям по воздухопроницанию.

Необходим дополнительный слой ветрозащиты.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Конструкция будет отвечать нормативным требованиям по тепловой защите; влажностному режиму поверхности и толщи; по инфильтрации при соблюдении следующих условий:

1) Толщина слоя утеплителя 0,16 м;

2) Наличие дополнительных слоев пароизоляции и ветрозащиты в сечении ограждающей конструкции;

3) Эксплуатация здания при условиях, принятых в качестве исходных для расчета.

-Выходные данные:

· общая толщина ограждения (стены) -- 0,352 м;

· масса 1 м2 ограждения 162 кг;

· сопротивление теплопередаче 3,526 м2*К/Вт;

· коэффициент теплопередачи 0,284 Вт/(м2*К);

· действующий перепад давления P 76,24 Па.



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Расчет тепловой защиты помещения. Методические указания, 2017

СП 131.13330.2012 Актуализированная версия СНиП 23-01-99* Строительная климатология, 2012.

СП 50.13330.2012 Актуализированная версия СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий, 2012.

Размещено на Allbest.ru

...