Тепло-влажностное состояние ограждающих конструкций и микроклимат помещений

1. Исходные данные.

Таблица 1.1. Параметры  климата в городе.

Наименова-ние	Условия эксплуатации конструкции				n, дней		Стоимость тепловой энергии, Ст, гр/кДж год
Нижний Новгород	Б	-30	-33	-4,7	218	1,0	17

 

Таблица 1.2. Параметры  микроклимата в помещении.

N			а, м	в, м
2	14	45	8	19	22

 

Рис.1.1. План расчётного помещения.

2. Теплотехнический расчёт и выбор конструкции стены с оптимальным сопротивлением теплопередачи.

Наружные ограждающие  конструкции зданий защищают микроклимат  в помещении от воздействия внешней  среды. В зимний период года они сохраняют тепло, в летнее время защищают от воздействия солнечной радиации. Чем больше сопротивление теплопередаче наружного ограждения, тем лучше их теплозащитные свойства, но тем дороже, собранное из этих конструкций здание. Чем меньше это сопротивление, тем дешевле обходится строительство здания, но больше затраты на эксплуатацию систем отопления и кондиционирование воздуха в этом здании.

Согласно этому оптимальное  сопротивление теплопередачи будет  у той конструкции, у которой  приведённые затраты минимальные. Для определения минимальных приведённых затрат, , проводиться теплотехнический расчёт стены двух конструкций. Первый вариант с утеплителем, второй без него (). Расчёт выполняется по следующей методике:

Задаёмся средней массивностью ограждения, , и опрделяем расчётную температуру .

 

 

Определяем требуемое  термическое сопротивление, , которое необходимо обеспечить для соблюдения санитарных норм в помещении:

 

Где - коэффициент положения конструкции в пространстве, ;

- коэффициент  тепловосприятия поверхности ограждения, ;

- нормативный  температурный перепад, ⁰С, .

 

Определяем сопротивление  теплопередаче стены, при котором  будет её промерзание:

 

Находим нормативное сопротивление  теплопередаче , для этого вычисляем число градус дней, ГСОП, по формуле:

 

Для города Нижнего Новгорода 

По значению ГСОП и разновидности  конструкции, находим нормативное  сопротивление теплопередаче 

1. Расчёт утеплённой конструкции.

Таблица 2.1. Теплотехнические показатели материалов стены.

№	Материал
1	ДСП	800	0,23	6,13	0,12	0,02	300
2	Туфобетон	1800	0,99	12,79	0,09	0,15	61
3	Мин. вата	75	0,064	0,61	0,49	0,02	285
4	Туфобетон	1800	0,99	12,79	0,09	0,15	61

Находим минимальную толщину  утеплителя, которая обеспечивает и округляет её в большую сторону с точностью до сотых долей метра.

 

Где - коэффициент теплоотдачи для зимних условий, .

 

Вычислим фактическое  сопротивление теплопередачи стены  по формуле:

 

 

Определяем капитальные затраты, , на строительство здания из стен данной конструкции:

 

Где – цена одного квадратного метра стены,

 

Где - транспортные расходы. Принимаются условно 15

- стоимость монтажа  конструкций. Принимаем условно  28

В нашем примере:

 

 

 

 

Находим затраты на возмещение теплоты, теряемое зданием в процессе эксплуатации, , при данной конструкции стен.

 

Где согласно исходным данным (табл. 1.1 и 1.2)

 

Определяем приведённые  затраты на сооружение и эксплуатацию стен данной конструкции, :

 

Для нахождения оптимального значения сопротивления теплопередачи, повторяем выше приведённый расчёт, увеличивая толщину утеплителя с  шагом 0,01 метр. Расчёт продолжаем до тех  пор пока значение приведённых затрат не начнёт в трёх значениях увеличиваться. Для сравнения и наглядности  картины необходимо провести расчёт стены, как при возможном её промерзании, так и при соблюдении нормативного сопротивления теплопередачи. Результаты расчёта представлены в таблице  ниже.

Таблица 2.2. Результаты теплотехнического расчёта утеплённой стены.

№							Сопротивление конструкции
0	0	0,548	48,30	142,90	191,20	-	При промерзании
1	0,02	0,861	56,65	90,95	147,60	-24,37	Требуемое, рекомендованное
2	0,03	1,017	60,83	77,00	137,83	-5,97
3	0,04	1,173	65,00	66,76	131,76	-3,97
4	0,05	1,330	69,18	58,88	128,06	-2,62	Оптимальное
5	0,06	1,486	73,35	52,70	126,05	-1,60
6	0,07	1,642	77,53	47,69	125,22	-0,87
7	0,08	1,798	81,70	43,56	125,26	-0,31
8	0,09	1,955	85,88	40,06	125,94	0,08
9	0,10	2,111	90,05	37,10	127,15	0,43
10	0,11	2,267	94,23	34,54	128,77	0,67	Нормативное

Приведённые затраты считаются  равно-экономичными, если отличие их друг от друга не превышают двух процентов. В этом случае за оптимальную  толщину утеплителя принимается меньшая ближайшая толщина. Учитывая выше сказанное, из таблицы 2.2 выбираем оптимальную толщину утеплителя, , при которой оптимальное сопротивление теплопередачи , а минимальное приведённые затраты

Рисунок 2.1. Зависимость приведённых затрат на сооружение и эксплуатацию здания от толщены расчётного слоя ограждающей конструкции.

1 – точка промерзания; 2 – точка минимального требуемого  сопротивления теплопередачи; 3 –  точка оптимального требуемого  сопротивления теплопередачи; 4 –  точка нормативного сопротивления  теплопередачи.

Выводы:

1. Удельные потери тепла, , на один квадратный метр наружного ограждения определяется из выражения:

 

2. По ценам, которые приведены в методических указаниях, нормативное сопротивление теплопередачи стены значительно завышено. Оптимальная толщина утеплителя в три раза меньше нормативной толщины.
3. Конструкция стены, которая рассчитана по минимальному требуемому сопротивлению теплопередачи, имеет высокие приведенные затраты и является экономически не оправданной.

Для удобства выполнения дальнейших расчётов необходимо основные теплотехнические характеристики оптимальной конструкции  стены представить в виде таблицы.

Таблица 2.3. Сводные  характеристики оптимальной конструкции  ограждения.

0,03	1,330	0,75	128,06	33,08

 

2. Проверка внутренней поверхности стены наружного угла на конденсацію влаги.

Конденсация водяных паров на внутренней поверхности стен и покрытий вызывает их увлажнение, что в свою очередь приводит к ухудшению санітарно-гигиенических условий, увеличивает потери тепла помещением, вызывает появление плесени и грибков, а также вызывает отслаивание декоративних слоїв ограждения.

Конденсация влаги на поверхности не будет происходить, если её температура хотя бы на один градус выше температуры точки росы, то есть соблюдается условие:

 

Где - температура, соответственно на внутренней поверхности стены и угла;

- температура  точки росы внутреннего воздуха.

Для проверки этого условия определяем температуру на внутренней поверхности гладкой стены, , из выражения:

 

Температура на внутренней поверхности по оси наружного  угла, определяется по формуле:

 

 

 

Для определениятемпературы точки росы внутреннего воздуха  предварительно находим абсолютную упругость водяных паров, , при температуре воздуха в помещении :

 

Определяем действительную упругость водяных паров, , в воздухе помещения из выражения:

 

Тогда температура точки росы , , может быть найдена из уравнения:

 

Где - значения коэффициентов, которые равны

Влагосодержание, , определяется из выражения:

 

В нашем примере,

 

 

 

 

Сравним температуру на поверхности гладкой стены,, и в углу помещения, , с температурой точки росы:

 

Согласно условию на внутренней поверхности стены и угла будет возникать конденсация водяных паров. Для предотвращения увлажнения стен можно повести следующие мероприятия:

1. Увеличить воздухообмен;
2. Увеличить сопротивление теплопередачи стены;
3. Уменьшить влагопоступление;
4. Предусмотреть пароизоляцию за фактурным слоем.
5. Организовать обдув стены тёплым воздухом или установить вдоль стены отопительные приборы.
6. Внутреннюю поверхность стены покрыть гидроизоляционным слоем.

В курсовой работе рассматриваются  первый и второй варианты.

По первому  варианту мероприятий. В помещении необходимо увеличить воздухообмен в раз.

 

Где – первоначальный и рекомендуемый воздухообмен,

- влагосодержание  соответственно при первоначальном  и рекомендуемом воздухообмене, 

- влагосодержание  наружного воздуха в зимний период года. В данной работе принимаем равным .

Для решения данного уравнения  находим рекомендуемую температуру  точки росы воздуха в помещении, при которой не будет конденсации  паров на внутренней поверхности  угла.

 

По этой температуре определяем упругость водяных паров , влагосодержание и относительную влажность воздуха при сохранении расчётной температуры .

 

 

 

Более широкий диапазон связи  между  и удобней рассматривать пользуясь диаграммой.