Курсовая работа по «Строительной теплофизике»

Исходные  данные

Район строительства – г. Ижевск

Тип здания – жилое пятиэтажное

Конструкция многослойного наружного ограждения:

 

Рис.1. Конструкция  наружного ограждения

«+», «-» - соответственно внутренняя и наружная части ограждений,

δ_i – толщина i- го слоя ограждения

 

Таблица 1

 

Теплофизические характеристики

материала конструкции наружных ограждений

Номера слоев	Материал  слоя	Толщина слоя, м	Характеристики  материала в сухом состоянии			Расчетные коэффициенты (при условиях эксплуатации)
			плотность  γ0, кг/м3	удельная  теплоемкость  с0, кДж/кг·°С	коэффициент теплопроводности l0, Вт/м·°С	теплопроводности l0, Вт/м·°С	теплоусвоения S, Вт/м2·°С	паропроницаемости m, мг/м·ч·Па
						А	А	А,Б
1	цементно-шлаковый раствор	0,02	1200	0,84	0,35	0,47	6,16	0,14
2	силикатный кирпич одиннадцати пустотный на цементно-песчаном растворе	0,38	1500	0,88	0,64	0,70	8,59	0,13
3	плиты полужесткие минераловатные на крахмальном связующем (ТУ400-1-61-74)	−	125	0,84	0,056	0,06	0,70	0,38
4	силикатный  кирпич одиннадцати пустотный на цементно-песчаном растворе	0,12	1500	0,88	0,64	0,70	8,59	0,13

1. Расчет теплового режима ограждения.

 

1.1. Расчет толщины утепляющего слоя.

Мерой теплозащитных качеств ограждения является общее сопротивление теплопередачи R₀ [(м²·°С)/Вт],  на величину которой можно влиять через толщины теплоизоляционного слоя d₃ = d_ут.

1. Определяем требуемое сопротивление, исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий по формуле:

                                                    (1.1)

где t_в – расчетная температура внутреннего воздуха, °С, принимаемая в зависимости от назначения помещения;

t_н – расчетная зимняя температура, °С, равная температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 [таблица 1, 4];

n – коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху [таблица 6, 5];

Δt^н – нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции [таблица 5, 5];

α_в – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения [таблица 7, 5];

Расчетная зимняя температура для г. Ижевск по СНиП 23-01-99^* Строительная климатология t_н = -34°С. Расчетную температуру внутреннего воздуха примем согласно таблице 4 [8] t_в = 22°С. Нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности наружной стены Δt^н = 4,0°С. Коэффициент n для наружной стены равен n =1, а коэффициент теплоотдачи α_в = 8,7 Вт/(м·°С) приложение 3[8]

м∙°С/Вт

2. Градусосутки отопительного периода D_d определяются по формуле:

                                                (1.2)

где t_от.пер. – средняя температура отопительного периода;

z _от.пер. – продолжительность отопительного периода.

Значения t_от.пер. и z _от.пер. определяются по таблице 1 [4] для периода со средней суточной температурой воздуха £ 8°С и для г. Ижевск составляют:

t_от.пер.  = -5,6°С

z _от.пер. = 222 сут.

D_d = (22-(-5,6)·222 = 6127,2 °С·сут.

3. Определяем значения по условиям энергосбережения. Так как значение D_d отличается от данных таблицы 4 [5], значение сопротивления теплопередачи ограждающих конструкций определяем по формуле:

  = a· D_d + b   м2·˚С/Вт                                              (1.3)

где a, b – коэффициенты, значения которых принимаются по данным таблицы 4 [5].

  = 0,00035· 6127,2 + 1,4 = 3,54 м·°С/Вт

4. Сравнивая значения сопротивления теплопередачи, полученный в п. 1) и 3) в качестве расчетного значения принимается наибольшая величина. Таким образом:

  ≡    =  3,54м·°С/Вт

5. С другой стороны, общее термическое сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции определяется по формуле:

R₀ = R_в + R_к + R_н = α_в^-1 + R_к + α_н^-1                                  (1.4)

где α_н – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения приложение 4 [8] α_н = 23 Вт/(м·°С);

R_к, R_в, R_н – соответственно термическое сопротивление: теплопроводности ограждающей конструкции, теплоотдачи от внутреннего воздуха (при t_в>τ_в) к внутренней поверхности ограждающей конструкции (или сопротивление тепловосприятию), теплоотдачи от поверхности наружной стенки к наружному воздуху (при t_н>τ_н). Здесь τ_в и τ_н – температура внутренней и наружной поверхности ограждающей конструкции

Для многослойной конструкции R_к определяется по формуле:

                                                          (1.5)

Приравнивая правую часть (1.4) к величине R₀, полученной в 4) получаем выражение R₃ для определения предварительной толщины слоя утеплителя d₃.

                                    (1.6)

Толщина утеплителя составит:

d₃ = l₃· R₃                                                                                                                (1.7)

d₃ = 0,06·2,62 = 0,157 м

Вычисленное значение δ₃ должно быть скорректировано в соответствии с требованиями унификации конструкции ограждений, поэтому за δ₃ принимают ближайшее большее стандартное значение.

d₃ = 0,2 м

6. По формуле (1.4) уточняется общее фактическое сопротивление теплопередаче для всех слоев ограждения

 

Проверяем условие - условие выполняется.

Приведенное сопротивление  теплопередаче определяется выражением

                                                                  (1.8)

где r – коэффициент теплотехнической однородности ограждающей конструкции; принимается по табл. 6а*[6], r = 0,6.

м·°С/Вт

7. Коэффициент теплопередачи определяется по уравнению:

                                                                        (1.9)

k = 1 / 2,55 = 0,39 Вт/(м²·°С)

1.2. Расчет сопротивления воздухопроницанию

ограждающей конструкции.

В целях  экономии топливно-энергетических ресурсов наружные ограждающие конструкции должны иметь сопротивление воздухопроницанию R_и не менее требуемого сопротивления воздухопроницанию , определяемого по формуле:

                                                                (1.10)

где G^н – нормативная воздухопроницаемость ограждающих конструкций, кг/(м²∙ч), принимаемая по Приложению 5 [8], для наружных стен жилых зданий составляет G^н = 0,5 кг/(м²·ч);

ΔР  – разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций, определяется по формуле:

                                  (1.11)

здесь  Н – высота здания, м (при высоте этажа 3 м и количестве этажей 5 H = 15 м);

v – максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь, повторяемость которых 16% и более. Определяется по приложению 4 [3]  и составляет для г. Ижевск v = 4,8 м/с

γ_н, γ_в- удельный вес соответственно наружного и внутреннего воздуха, определяется по формуле:

                                                               (1.12)

где t – температура воздуха: внутреннего (для определения γ_в) – согласно указаниям п. 2.2. [6]; наружного(для определения γ_н) – равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92.

Тогда разность давлений равна:

ΔР = 0,55·15·(14,5-11,7) +0,03·14,5·4,8² = 33,1 Па

Требуемое сопротивление воздухопроницанию:

(Па·м²·ч)/кг

Значение R_и определяется по формуле:

                                                                 (1.13)

где R_иi – сопротивление воздухопроницанию отдельного i - го  слоя ограждающей конструкции, (м² · ч · Па)/кг, принимается по приложению 6 [8]:

Rи1 = 373 (Па·м2·ч)/кг	Rи3 = 2 (Па·м2·ч)/кг
Rи2 = 2 (Па·м2·ч)/кг	Rи4 = 2 (Па·м2·ч)/кг

R_и = 373+3·2+4·2+2 = 389 (Па·м²·ч)/кг

Полученное  значение больше требуемого сопротивления воздухопроницанию, следовательно условие выполняется.

 

 

 

 

1.3. Расчет стационарного температурного поля в ограждении.

При проектировании и выборе конструкций  ограждения необходимо знать распределение  температуры в его толще и на поверхности. Это дает возможность определить условия конденсации влаги в толще конструкции, правильно назначить место расположения пароизоляционных слоев.

При стационарном режиме теплопередачи  через ограждения температура в любой плоскости x определяется по формуле:

                                                   (1.14)

где R_в-х – сопротивление теплопередаче от внутренней среды до сечения х.

Для построения графика одномерного  стационарного поля в ограждении достаточно определить t на поверхностях ограждения и в плоскостях соприкосновения слоев из разного материала:

 

2. Расчет влажностного режима  наружных ограждений.

 

2.1. Проверка внутренней поверхности наружных

ограждений на возможность конденсации влаги.

Конденсация влаги из внутреннего воздуха  на внутренней поверхности наружного  ограждения, особенно при резких повышениях температур, является основной причиной увлажнения наружных ограждений. Для устранения такой конденсации влаги необходимо добиваться, чтобы температура на внутренней поверхности τ_вп и в толще ограждения превышала температуру точки росы τ_р на 2÷3°С, т.е. должно соблюдаться условие τ_вп > τ_р+ 2÷3°С.

Расчет  выполняется в следующей последовательности:

а) Определяем температуру внутренней поверхности τ_вп:

                                               (2.1)

где t_в – расчетная температура внутреннего воздуха;

t_н – расчетная зимняя температура;

n – коэффициент для наружной стены равен n =1;

R_в - термическое сопротивление: теплопроводности ограждающей конструкции,

-общее фактическое сопротивление  теплопередаче для всех слоев  ограждения

б) Температура точки росы τ_р для данного состояния внутреннего воздуха τ_в определяется по формуле [9]: