Контрольная работа по "Строительная физика". 2

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО  ХОЗЯЙСТВА

Федеральное государственное  образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«пермская государственная  сельскохозяйственная академия

Имени академика Д.Н. Прянишникова»

 

 

 

 

 

 

 

Кафедра архитектурное проектирование

 

 

 

 

 

РАСЧЕТЫ

по курсу «Строительная  физика»

Вариант 15

 

 

 

 

 

 

Выполнил______________________

Принял________________________

 

 

 

 

Пермь, 2012

Задание 1. Определить достаточность сопротивления теплопередачи наружной кирпичной стены слоистой кладки с внутренним утепляющим слоем из пенополистирольных плит с объемной массой 100 кг/м³. Место строительства: Москва. Параметры кладки: Х₁ = 640 мм, Х₂ = 75 мм, Х₃ = 120 мм.

Исходные данные, принятые согласно СНиП 23-01-99 (2003) «Строительная климатология» и ГОСТ 30494-96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях».

Место строительства –  г. Москва;

Зона влажности – нормальная;

Продолжительность отопительного  периода  z_ht = 214 суток

Средняя расчетная  температура отопительного периода t_ht = - 3,1^оС.

Температура наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0,92 t_ext = -28^оС.

Расчетная температура внутреннего  воздуха здания  t_int = + 20 ^оС

Влажность воздуха: = 55 %;

Влажностный режим помещения  – нормальный.

Условия эксплуатации ограждающих  конструкций – Б.

Коэффициент теплоотдачи  внутренней поверхности ограждения а_int = 8,7 Вт/м²°С

Коэффициент теплоотдачи  наружной поверхности ограждения a_ext = 23 Вт/м²°С.

Рис.  Расчётная схема

Необходимые данные о конструктивных слоях стены для  теплотехнического  расчёта  сведены  в таблицу.

№ п/п	Наименование материала	, кг/м3	δ, м	, Вт/(м*°С)	R, м2*°С/Вт
1	Кирпичная кладка из пустотного кирпича (облицовочного)	1600	0,120	0,47	0,255
2	Плиты пенополистирольные	100	0,075	0,041	1,829
3	Кирпичная кладка из пустотного кирпича	1200	0,640	0,35	1,829

Нормируемые теплотехнические показатели материалов стены определяются по приложению Д СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий».

 

Порядок  расчета

1. Определение градусо-суток отопительного периода (ГСОП) по формуле (2) СНиП 23-02–2003 «Тепловая защита зданий»:

D_d = (t_int – t_ht)·z_ht

D_d = (20–(–3,1)) * 214 = 4943,4 ^оС сут.

где t_int - расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С;

t_ht -  средняя температура наружного воздуха, °С;

z_ht - продолжительность, сут, отопительного периода.

2. Нормируемое значение сопротивления теплопередаче наружных стен по формуле (1) СНиП 23-02–2003 «Тепловая защита зданий»:

R_req = a * D_d + b

R_req = 0,00035 * 4943,4 + 1,4 = 3,13 м²*°С/Вт

где a, b - коэффициенты, значения которых следует принимать по данным таблицы (4) СНиП 23-02–2003 «Тепловая защита зданий» для соответствующих групп зданий, принимаемые a = 0,00035 и b = 1,4.

Для наружных стен из кирпича  с утеплителем следует принимать  приведенное сопротивление теплопередаче R^r₀ с учетом коэффициента теплотехнической однородности r, который для стен толщиной 780 мм равен 0,64 (согласно п.8.17 СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий»)

R^r₀ = R₀ * r

где R₀ – общее сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, м²*°С/Вт

Расчёт ведётся из условия  равенства     R^r₀ = R_req следовательно

R₀ = R_req / r

R₀ = 3,13 / 0,64 = 4,89 м²*°С/Вт

Для  многослойной  ограждающей  конструкции  с однородными слоями формула  принимает  вид:

R₀ = R_si + R_k + R_se

где R_si = 1/а_int , а_int – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения  Вт/м²*°С.

R_se = 1/a_ext,  a_ext - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения  Вт/м²*°С .

R_k – термическое сопротивление ограждающей конструкции, м²*С/Вт, с последовательно расположенным однородными слоями, определяемое по формуле:

                                        R_k= R₁ + R₂ +….. + R_n

где R₁ + R₂ +….. + R_n – термические сопротивления отдельных слоев ограждающий конструкции.

R₀ = 1/8,7+0,255+1,829+1,829+1/23 = 4,07 м²*°С/Вт.

Условие R₀ = 4,07 м²*°С/Вт  > = 3,13  м²*°С/Вт  выполняется.

 

Проверка выполнения санитарно-гигиенических  требований

тепловой защиты здания

 

1. Проверяем выполнение условия .

Расчетный температурный  перепад Dt₀, °С, между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции не должен превышать нормируемых величин Dt_n,°C, установленных в таблице 5 СНиП 23-02–2003 «Тепловая защита зданий», и определяется по формуле:

,

 где n – коэффициент, учитывающий зависимость положения ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху, принимаемый по таблице 6 СНиП 23-02–2003 «Тепловая защита зданий»,

t_int - расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С;

t_ext - температура наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0,92;

R₀ - приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций, м²·°С/Вт;

a_int - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м²·°С), принимаемый по таблице 7 СНиП 23-02–2003 «Тепловая защита зданий».

= º С.

Согласно таблице 5 СНиП 23-02–2003 «Тепловая защита зданий» , условие, = 1,248 < , выполняется.

2. Проверяем выполнение условия

Температура внутренней поверхности  должна быть больше температуры точки  росы.

Для расчета  используем формулу 25 СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий»

= t_int – [n (t_int - t_ext)] / (R_o a_int)

 = º С.

Согласно приложению Р СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий» для температуры внутреннего воздуха = 20ºС и относительной влажности = 55 %  температура точки росы = 10,69ºС, следовательно, условие, 10,69ºС, выполняется.

Вывод

Ограждающая конструкция  удовлетворяет нормативным требованиям  тепловой защиты здания.

 

 

Задание 4. Определить достаточность выполнения санитарно-гигиенических требований чердачным перекрытием холодного чердака состоящего из железобетонной панели δ = 100 мм, пароизоляции – 1 слой рубитекса, цементно-песчаной стяжки δ = 30 мм и утеплителя пенополиуретан, объемной массой 80 кг/м³.

 

Исходные данные, принятые согласно СНиП 23-01-99 (2003) «Строительная климатология» и ГОСТ 30494-96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях».

Место строительства –  г. Москва;

Зона влажности – нормальная;

Продолжительность отопительного  периода  z_ht = 214 суток

Средняя расчетная  температура отопительного периода t_ht = - 3,1^оС.

Температура наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0,92 t_ext = -28^оС.

Расчетная температура внутреннего  воздуха здания  t_int = + 20 ^оС

Влажность воздуха: = 55 %;

Влажностный режим помещения  – нормальный.

Условия эксплуатации ограждающих  конструкций – Б.

Коэффициент теплоотдачи  внутренней поверхности ограждения а_int = 8,7 Вт/м²°С

Коэффициент теплоотдачи  наружной поверхности ограждения a_ext = 12 Вт/м²°С.

 Рис.  Расчётная схема

Необходимые данные о конструктивных слоях стены для  теплотехнического  расчёта  сведены  в таблицу.

№ п/п	Наименование материала	, кг/м3	δ, м	, Вт/(м*°С)	R, м2*°С/Вт
1	Утеплитель пенополиуретан	80	х	0,041	х
2	Цементно-песчаная стяжка	1800	0,030	0,58	0,052
3	Пароизоляция 1 слой рубитекса	600	0,005	0,17	0,029
4	Железобетонная плита  перекрытия	2500	0,100	1,92	0,052

Нормируемые теплотехнические показатели материалов чердачного перекрытия определяются по приложению Д СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий».

 

1. Определение градусо-суток отопительного периода (ГСОП) по формуле (2) СНиП 23-02–2003 «Тепловая защита зданий»:

D_d = (t_int – t_ht)·z_ht

D_d = (20–(–3,1)) * 214 = 4943,4 ^оС сут.

где t_int - расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С;

t_ht -  средняя температура наружного воздуха, °С;

z_ht - продолжительность, сут, отопительного периода.

2. Нормируемое значение сопротивления теплопередаче чердачного перекрытия по формуле (1) СНиП 23-02–2003 «Тепловая защита зданий»:

R_req = a * D_d + b

R_req = 0,00045 * 4943,4 + 1,9 = 4,13 м²*°С/Вт

где a, b - коэффициенты, значения которых следует принимать по данным таблицы (4) СНиП 23-02–2003 «Тепловая защита зданий» для соответствующих групп зданий, принимаемые a = 0,00045 и b = 1,9.

Из условия равенств общего термического сопротивления R₀ нормируемому R_req , по формуле 7 СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий» определяем термическое сопротивление чердачного перекрытия R_к:

R_к = R_req – (R_si + R_se)

R_к = 4,13 – (1/8,7 + 1/12) = 3,93 м²*°С/Вт,

которое может быть представлено как сумма термических сопротивлений отдельных слоев конструкции:

R_к = R₁ + R₂ + R₃ + R_ут.

где R₁ – термическое сопротивление железобетонной плиты перекрытия, величина которого составляет 0,052 м²*°С/Вт;

R₂ – термическое сопротивление слоя пароизоляции, величина которого составляет 0,029 м²*°С/Вт;

R₃ – термическое сопротивление слоя цементно-песчаной стяжки, величина которого составляет 0,052 м²*°С/Вт;

R_ут – термическое сопротивление утепляющего слоя, определяемое из выражения:

R_ут = R_к – (R₁ + R₂ + R₃)

R_ут = 3,93 – (0,052 + 0,029 + 0,052) = 3,797 м²*°С/Вт

По формуле 6 СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий» определяем толщину утепляющего слоя:

δ_ут = R_ут * λ_ут

δ_ут = 3,797 * 0,041 = 0,156м.

Принимаем толщину утепляющего  слоя 155 мм. Определяем общее фактическое сопротивление теплопередаче конструкции с учетом принятой толщины утеплителя:

R^ф₀ = R₁ + R₂ + R₃ + R_ут + 1/а_int + 1/ a_ext

R^ф₀ = 0,052 + 0,029 + 0,052 + 0,155/0,041 + 1/8,7+ 1/12 = 4,12 м²*°С/Вт

Условие R^ф₀ = 4,12 м²*°С/Вт ≈ R_req = 4,13 м²*°С/Вт, выполняется.

 

Проверка выполнения санитарно-гигиенических  требований

тепловой защиты здания

 

1. Проверяем выполнение условия .

Расчетный температурный  перепад Dt₀, °С, между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности конструкции не должен превышать нормируемых величин Dt_n,°C, установленных в таблице 5 СНиП 23-02–2003 «Тепловая защита зданий», и определяется по формуле:

,

 где n – коэффициент, учитывающий зависимость положения конструкции по отношению к наружному воздуху, принимаемый по таблице 6 СНиП 23-02–2003 «Тепловая защита зданий»,

t_int - расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С;

t_ext - температура наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0,92;

R₀ - приведенное сопротивление теплопередаче конструкций, м²·°С/Вт;

a_int - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности конструкций, Вт/(м²·°С), принимаемый по таблице 7 СНиП 23-02–2003 «Тепловая защита зданий».

= º С.

Согласно таблице 5 СНиП 23-02–2003 «Тепловая защита зданий» , условие, = 1,248 < , выполняется.

2. Проверяем выполнение условия

Температура внутренней поверхности  должна быть больше температуры точки  росы.

Для расчета  используем формулу 25 СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий»

= t_int – [n (t_int - t_ext)] / (R_o a_int)

 = º С.

Согласно приложению Р СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий» для температуры внутреннего воздуха = 20ºС и относительной влажности = 55 %  температура точки росы = 10,69ºС, следовательно, условие, 10,69ºС, выполняется.

Вывод

Конструкция удовлетворяет нормативным требованиям тепловой защиты здания.

Задание 7. Определить графо-аналитическим методом распределение температур, действительной и максимальной упругости водяного пара в трехслойной ограждающей конструкции,  состоящей из:

- 1 слой – кирпичная  кладка δ = 380 мм,

- 2 слой – пенополистерольный утеплитель δ = 150 мм,

- 3 слой – кирпичная  кладка δ = 250мм.

Характеристика  материалов:

1. Кирпичная кладка  из обыкновенного глиняного кирпича  на цементно-песчаном растворе, γ₀ = 1800 кг/м³;

2. Пенополистерол, γ₀ = 100 кг/м³.

Город строительства: Москва.

 

Исходные данные, принятые согласно СНиП 23-01-99 (2003) «Строительная климатология» и ГОСТ 30494-96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях».

Место строительства –  г. Москва;

Зона влажности – нормальная;

Температура наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0,92 t_ext = -28^оС.

Расчетная температура внутреннего  воздуха здания  t_int = + 20 ^оС

Влажность воздуха: = 55 %;

Влажностный режим помещения  – нормальный.

Условия эксплуатации ограждающих  конструкций – Б.

Коэффициент теплоотдачи  внутренней поверхности ограждения а_int = 8,7 Вт/м²°С

Коэффициент теплоотдачи  наружной поверхности ограждения a_ext = 23 Вт/м²°С.

 

Порядок расчета

Графоаналитический метод  распределения температуры, действительной и максимальной упругости водяного пара внутри многослойной ограждающей  конструкции основан на построении в определенном масштабе (в масштабе сопротивлений и в линейном масштабе) двух разрезов рассматриваемой ограждающей конструкции и установления на первом из них граничных значений температуры, действительной и максимальной упругости водяного пара и параллельного переноса этих значений на граничные слои второго разреза.

Для построения первого разреза  ограждения первоначально устанавливаем  теплотехнические характеристики материалов слоев, затем рассчитываем термические  сопротивления каждого слоя конструкции  и путем их суммирования устанавливаем  общее термическое сопротивление.

Таблица. Теплотехнические характеристики материалов слоев ограждения.

№ п/п	Наименование материала	, кг/м3	δ, м	, Вт/(м*°С)	R, м2*°С/Вт
1	Кирпичная кладка из пустотного кирпича	1800	0,380	0,81	0,469
2	Плиты пенополистирольные	100	0,150	0,041	3,0
3	Кирпичная кладка из пустотного кирпича	1800	0,250	0,81	0,318

Нормируемые теплотехнические показатели материалов определяются по приложению Д СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий».

Определяем общее сопротивление  теплопередачи трехслойной ограждающей  конструкции по формуле 8 СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий»:

R₀ = R_si + R₁ + R₂ + R₃ + R_se

R₀ = 1/8,7 +0,38/0,81 + 0,15/0,05 + 0,25/0,81 + 1/23 = 3,95 м²*°С/Вт

Строим схематический  разрез ограждающей конструкции  в масштабе термических сопротивлений, превращая тем самым неоднородную трехслойную ограждающую конструкцию  в однослойную однородную конструкцию, размещая при этом численные значения термических сопротивлений от R_si  до R_se .

С левой стороны схематического разреза размещаем два масштаба – один в масштабе положительных  и отрицательных температур, второй – в масштабе парциального давления.

С правой стороны вычерчиваем  второй разрез трехслойной ограждающей  конструкции в масштабе линейных размеров слоев ограждения.

По масштабу температур находим  численные значения температуры  внутреннего и наружного воздуха  и откладываем их на крайних границах первого схематического разреза. В  связи с тем, что в однослойных  конструкциях изменение температуры  имеет линейный характер, соединяем  точки между собой линией АВ. Температура наиболее холодной пятидневки t_ext = -28 ^оС, расчетная температура внутреннего воздуха здания  t_int = + 20 ^оС.

Согласно численным значениям  температур по приложению С СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий» находим соответствующие им численные значения максимального парциального давления водяного пара внутреннего и наружного воздуха:

- для t_int = + 20 ^оС – Е_int = 2338 Па;

- для t_ext = -28 ^оС – Е_ext = 47 Па.

На масштабе парциального давления устанавливаем максимальные значения парциального давления водяного пара и переносим их в виде точек  на крайние границы первого схематического разреза. Полученные точки соединяем  между собой кривой, получая линию СD.

Используя формулу относительной  влажности, находим численное значение действительного парциального давления водяного пара как для внутреннего  воздуха при температуре для t_int = + 20 ^оС и относительной влажности 55 %, так и наружного воздуха. Для этого по таблице 1 СНиП 23-01-99 (2003) «Строительная климатология» определяем численное значение среднемесячной относительной влажности наружного воздуха наиболее холодного месяца, которое для г. Москва составляет 84 %.

 → 

Находим на масштабе парциального давления численные значения е_int и e_ext и откладываем их на границах первого схематического разреза, которые соединяем наклонной линией EF.

После проведения на первом схематическом разрезе наклонных  линий AB, CD, EF на границах слоев внутри ограждающей конструкции получаем точки пересечения τ_si, τ₁, τ₂, τ_se; Е_si, Е₁, Е₂, Е_se; е_si, е₁, е₂, е_se, которые отображают график изменения температуры, действительного и максимального парциального давления внутри первого схематического разреза.

Для получения фактических  графиков изменения температуры, действительного  и максимального парциального давления внутри фактической трехслойной  ограждающей конструкции точки  пересечения на границах слоев первого  схематического разреза параллельным переносом отмечаем на втором схематическом  разрезе.

Вывод.

Полученные в процессе переноса линии являются фактическими графиками изменения температуры τ′_si, τ′₁, τ′₂, τ′_se , действительного е′_si, е′₁, е′₂, е′_se и максимального Е′_si, Е′₁, Е′₂, Е′_se парциального давления водяного пара внутри рассматриваемой трехслойной ограждающей конструкции, выполненной из различных материалов.

Более крутой наклон графиков температуры и парциального давления указывает на слой утеплителя из пенополистирольных плит. Что означает малую теплопроводность и паропроводность данного материала. Пологие наклоны слоев кирпичной  кладки доказывают, что эти слои обладают хорошей тепло- и паропроводностью.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание 15. Определить достаточность сопротивления воздухопроницанию стеновой панели, состоящей из 2-х слоев железобетона δ = 100 мм и внутреннего слоя утеплителя из пенополистерола толщиной 100 мм. Место строительства – Москва. Высота здания от поверхности земли до верха карниза – 28 метров.

 

Исходные данные, принятые согласно СНиП 23-01-99 (2003) «Строительная климатология» и ГОСТ 30494-96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях».

Место строительства –  г. Москва;

Зона влажности – нормальная;

Температура наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0,92 t_ext = -28^оС.

Расчетная температура внутреннего  воздуха здания  t_int = + 20 ^оС

Влажностный режим помещения  – нормальный. Влажность воздуха: = 55 %;

Условия эксплуатации ограждающих  конструкций – Б.

Коэффициент теплоотдачи  внутренней поверхности ограждения а_int = 8,7 Вт/м²°С

Коэффициент теплоотдачи  наружной поверхности ограждения a_ext = 23 Вт/м²°С.

Высота здания от поверхности  земли до верха карниза Н = 28 м;

Нормативная воздухопроницаемость ограждающих конструкций G_n = 0,5 кг/(м²*ч);

 

Порядок расчета

Расчет ведется в соответствии с требованиями СНиП 23-02-03 «Тепловая  защита зданий» и СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий» методом сопоставления фактического сопротивления воздухопроницанию , рассматриваемой ограждающей конструкции нормируемому сопротивлению .

Согласно данным таблицы 17 СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий» устанавливаем значения сопротивлений воздухопроницанию материалов ограждения.

№	Материалы и конструкции	Толщина слоя, мм	Сопротивление воздухопроницанию, Rint, м2*ч*Па/кг
1	Железобетон	100	19620
2	Пенополистерол	100	79
3	Железобетон	100	19620

 

Фактическое сопротивление  воздухопроницанию многослойной ограждающей  конструкции  определяется по формуле 67 СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий»:

,

где R_inf – сопротивление воздухопроницанию отдельных слоев ограждающей конструкции, м²*ч*Па/кг.

Фактическое сопротивление  воздухопроницанию  должно быть не менее нормируемого сопротивления воздухопроницанию , определяемого по формуле 12 СНиП 23-02-03 «Тепловая защита зданий»:

,

где G_n – нормируемая воздухопроницаемость ограждающих конструкций, принимаемая по таблице 11 СНиП 23-02-03 «Тепловая защита зданий» и равная 0,5 кг/(м²*ч);

∆р – разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций, рассчитываемая по формуле 13 СНиП 23-02-03 «Тепловая защита зданий»:

∆р = 0,55 * Н * (γ_ext – γ_int) + 0,03 * γ_ext * v²,

где Н – высота здания;

γ_ext, γ_int – удельный вес соответственно наружного и внутреннего воздуха, определяемый по формуле 14 СНиП 23-02-03 «Тепловая защита зданий»:

γ_ext = 3463/(273+t_ext)

 γ_int = 3463/(273+t_int)

t_ext, t_int – расчетные температуры соответственно наружного и внутреннего воздуха;