Строительная физика
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 5
Выполнил______________________
Принял________________________
Пермь, 2013
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: Белгород. Параметры кладки: Х1 = 770 мм, Х2 = 75 мм, Х3 = 120 мм.
Исходные данные, принятые согласно СП 131.13330.2012 «Строительная климатология» и ГОСТ 30494-96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях».
Место строительства – г. Белгород;
Зона влажности – сухая;
Продолжительность отопительного периода zht = 191 суток
Средняя расчетная
температура отопительного
Температура наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0,92 text = -23оС.
Расчетная температура внутреннего воздуха здания tint = + 20 оС
Влажность воздуха: = 55 %;
Влажностный режим помещения – нормальный.
Условия эксплуатации ограждающих конструкций – А.
Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения аint = 8,7 Вт/м2°С
Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения aext = 23 Вт/м2°С.
Расчетная схема:
Необходимые данные о конструктивных слоях стены для теплотехнического расчёта сведены в таблицу.
№ п/п |
Наименование материала |
δ, м |
R, м2*°С/Вт | ||
1 |
Известково-песчаный раствор |
1600 |
0,015 |
0,81 |
0,019 |
2 |
Кирпичная кладка из пустотного кирпича 1000 кг/м3 (ГОСТ 530-2012) на цементно-песчаном растворе |
1200 |
0,770 |
0,47 |
1,638 |
3 |
Плиты пенополистирольные |
100 |
0,075 |
0,041 |
1,829 |
4 |
Кирпичная кладка из пустотного кирпича (облицовочного) (ГОСТ 530-2012) на цементно-песчаном растворе |
1600 |
0,120 |
0,58 |
0,207 |
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) СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий»:
Dd = (tint – tht)·zht
Dd = (20–(–1,9)) * 191 = 4182,9 оС сут.
где tint - расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С;
tht - средняя температура наружного воздуха, °С;
zht - продолжительность, сут, отопительного периода.
2. Нормируемое значение сопротивления теплопередаче наружных стен по формуле (1) СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий»:
Rreq = a * Dd + b
Rreq = 0,00035 * 4182,9 + 1,4 = 2,86 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
Rr0 = R0 * r
где R0 – общее сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, м2*°С/Вт
Расчёт ведётся из условия равенства Rr0 = Rreq следовательно
R0 = Rreq / r
R0 = 2,86 / 0,64 = 4,47 м2*°С/Вт
Для многослойной ограждающей конструкции с однородными слоями формула принимает вид:
R0 = Rsi + Rk + Rse
где Rsi = 1/аint , аint – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения Вт/м2*°С.
Rse = 1/aext, aext - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения Вт/м2*°С .
Rk – термическое сопротивление ограждающей конструкции, м2*С/Вт, с последовательно расположенным однородными слоями, определяемое по формуле:
где R1 + R2 +….. + Rn – термические сопротивления отдельных слоев ограждающий конструкции.
R0 = 1/8,7+0,019+1,638+1,829+0,207+
Rr0 = R0 * r = 3,85 * 0,64 = 2,46 м2*°С/Вт.
Условие Rr0 = 2,46 м2*°С/Вт > = 2,86 м2*°С/Вт не выполняется.
Вывод: Ограждающая конструкция не удовлетворяет нормативным требованиям тепловой защиты здания, требуется замена утеплителя на более эффективный и толщиной до ближайшего стандартного значения в 100 мм. Примем для утепления Плита Слоистая кладка Термо Плита 032. Это утеплитель Кнауф Инсулейшн легкой серии с улучшенными теплофизическими характеристиками. Плита Knauf Слоистая кладка Термо Плита 032 используется в стеновых конструкциях, в которых предусмотрено применение утеплителей в качестве среднего слоя между несущей стеной и защитно-декоративной облицовкой из мелкоштучных материалов. Утеплитель Кнауф Слоистая кладка применяется как при новом строительстве, так и при реконструкции эксплуатируемых зданий. Наивыгоднейшими характеристиками являются: плотность – 35 кг/м3, коэффициент теплопроводности – 0,032 Вт/(м*°С)
Необходимые данные о конструктивных слоях стены для теплотехнического расчёта сведены в таблицу.
№ п/п |
Наименование материала |
δ, м |
R, м2*°С/Вт | ||
1 |
Известково-песчаный раствор |
1600 |
0,015 |
0,81 |
0,019 |
2 |
Кирпичная кладка из пустотного кирпича 1000 кг/м3 (ГОСТ 530-2012) на цементно-песчаном растворе |
1200 |
0,770 |
0,47 |
1,638 |
3 |
Плита Слоистая кладка Термо Плита 032 (Кнауф) |
35 |
0,100 |
0,032 |
3,125 |
4 |
Кирпичная кладка из пустотного кирпича (облицовочного) (ГОСТ 530-2012) на цементно-песчаном растворе |
1600 |
0,120 |
0,58 |
0,207 |
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) СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий»:
Dd = (tint – tht)·zht
Dd = (20–(–1,9)) * 191 = 4182,9 оС сут.
где tint - расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С;
tht - средняя температура наружного воздуха, °С;
zht - продолжительность, сут, отопительного периода.
2. Нормируемое значение сопротивления теплопередаче наружных стен по формуле (1) СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий»:
Rreq = a * Dd + b
Rreq = 0,00035 * 4182,9 + 1,4 = 2,86 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
Rr0 = R0 * r
где R0 – общее сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, м2*°С/Вт
Расчёт ведётся из условия равенства Rr0 = Rreq следовательно
R0 = Rreq / r
R0 = 2,86 / 0,64 = 4,47 м2*°С/Вт
Для многослойной ограждающей конструкции с однородными слоями формула принимает вид:
R0 = Rsi + Rk + Rse
где Rsi = 1/аint , аint – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения Вт/м2*°С.
Rse = 1/aext, aext - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения Вт/м2*°С .
Rk – термическое сопротивление ограждающей конструкции, м2*С/Вт, с последовательно расположенным однородными слоями, определяемое по формуле:
где R1 + R2 +….. + Rn – термические сопротивления отдельных слоев ограждающий конструкции.
R0 = 1/8,7+0,019+1,638+3,125+0,207+
Rr0 = R0 * r = 5,15 * 0,64 = 3,30 м2*°С/Вт.
Условие Rr0 = 3,30 м2*°С/Вт > = 2,86 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 Dtn,°C, установленных в таблице 5 СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий», и определяется по формуле:
где n – коэффициент, учитывающий зависимость положения конструкции по отношению к наружному воздуху, принимаемый по таблице 6 СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий»,
tint - расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С;
text - температура наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0,92;
Rr0 - приведенное сопротивление теплопередаче конструкций, м2·°С/Вт;
aint - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности конструкций, Вт/(м2·°С), принимаемый по таблице 7 СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий».
Согласно таблице 5 СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» , условие, = 1,498 < , 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»
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 3. Определить толщину утеплителя пенополиуретан, плотностью 40 кг/м3 холодного чердачного перекрытия, состоящего из ж/б панели δ=100 мм, пароизоляция – 1 слой рубитекса; цементно-песчаной стяжки δ=30 мм и утеплителя. Место строительства г. Белгород.
Исходные данные, принятые согласно СП 131.13330.2012 «Строительная климатология» и ГОСТ 30494-96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях».
Место строительства – г. Белгород;
Зона влажности – сухая;
Продолжительность отопительного периода zht = 191 суток
Средняя расчетная
температура отопительного
Температура наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0,92 text = -23оС.
Расчетная температура внутреннего воздуха здания tint = + 20 оС
Влажность воздуха: = 55 %;
Влажностный режим помещения – нормальный.
Условия эксплуатации ограждающих конструкций – А.
Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения аint = 8,7 Вт/м2°С
Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения aext = 12 Вт/м2°С.
Расчетная схема:
Необходимые данные о конструктивных слоях стены для теплотехнического расчёта сведены в таблицу.
№ п/п |
Наименование материала |
δ, м |
R, м2*°С/Вт | ||
1 |
Плиты пенополиуретановые |
40 |
- |
0,04 |
- |
2 |
Цементно-песчаная стяжка |
1800 |
0,03 |
0,76 |
0,039 |
3 |
Пароизоляция Рубитекс – 1 слой |
600 |
0,005 |
0,17 |
0,029 |
4 |
Панель перекрытия железобетонная |
2500 |
0,100 |
1,74 |
0,058 |
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) СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий»:
Dd = (tint – tht)·zht
Dd = (20–(–1,9)) * 191 = 4182,9 оС сут.
где tint - расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С;
tht - средняя температура наружного воздуха, °С;
zht - продолжительность, сут, отопительного периода.
2. Нормируемое значение сопротивления теплопередаче чердачного перекрытия по формуле (1) СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий»:
Rreq = a * Dd + b
Rreq = 0,00045 * 4182,9 + 1,9 = 3,78 м2*°С/Вт
где a, b - коэффициенты, значения которых следует принимать по данным таблицы (4) СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» для соответствующих групп зданий, принимаемые a = 0,00045 и b = 1,9.
Из условия равенств общего термического сопротивления R0 нормируемому Rreq , по формуле 7 СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий» определяем термическое сопротивление чердачного перекрытия Rк:
Rк = Rreq – (Rsi + Rse)
Rк = 3,78 – (1/8,7 + 1/12) = 3,58 м2*°С/Вт,
которое может быть представлено как сумма термических сопротивлений отдельных слоев конструкции:
Rк = R1 + R2 + R3 + Rут.
где R1 – термическое сопротивление железобетонной плиты перекрытия, величина которого составляет 0,058 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 0,039 м2*°С/Вт;
Rут – термическое сопротивление утепляющего слоя, определяемое из выражения:
Rут = Rк – (R1 + R2 + R3)
Rут = 3,58 – (0,058 + 0,029 + 0,039) = 3,454 м2*°С/Вт
По формуле 6 СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий» определяем толщину утепляющего слоя:
δут = Rут * λут
δут = 3,454 * 0,04 = 0,138 м.
Принимаем толщину утепляющего
слоя 150 мм. Определяем общее фактическое
сопротивление теплопередаче
Rф0 = 1/аint + R1 + R2 + R3 + Rут + 1/ aext
Rф0 = 1/8,7 + 0,058 + 0,029 + 0,039 + 0,150/0,04 + 1/12 = 4,07 м2*°С/Вт
Условие Rф0 = 4,07 м2*°С/Вт > Rreq = 3,78 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 Dtn,°C, установленных в таблице 5 СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий», и определяется по формуле:
где n – коэффициент, учитывающий зависимость положения конструкции по отношению к наружному воздуху, принимаемый по таблице 6 СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» с учетом примечания к этой таблице,
tint - расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С;
text - температура наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0,92;
Rr0 - приведенное сопротивление теплопередаче конструкций, м2·°С/Вт;
aint - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности конструкций, Вт/(м2·°С), принимаемый по таблице 7 СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий».
Согласно таблице 5 СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» , условие, = 1,214 < , 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»
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 9. Определить
требуемое сопротивление
Исходные данные, принятые согласно СП 131.13330.2012 «Строительная климатология» и ГОСТ 30494-96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях».
Место строительства – г. Белгород;
Зона влажности – сухая;
Продолжительность отопительного периода zht = 191 суток
Средняя расчетная
температура отопительного
Температура наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0,92 text = -23оС.
Расчетная температура внутреннего воздуха здания tint = + 20 оС
Влажность воздуха: = 55 %;
Влажностный режим помещения – нормальный.
Условия эксплуатации ограждающих конструкций – А.
Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения аint = 8,7 Вт/м2°С
Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности покрытия aext = 12 Вт/м2°С
Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения aext = 23 Вт/м2°С.
Площадь покрытия (кровли) над теплым чердаком Аg.c = 336,0 м2;
Перекрытия теплого чердака Ag.f = 336,0 м2;
Площадь наружных стен теплого чердака Ag.w = 160,0 м2. Приведенную площадь определяем по формуле 33 СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий»:
ag.w = Ag.w / Ag.f = 160,0/336,0 = 0,476
где Ag.w - площадь наружных стен чердака, м2;
Ag.f - площадь перекрытия теплого чердака, м2;
Сопротивление теплопередаче стен R0g.w = 1,8 м2*°С/Вт.
Температура воздуха в помещениях верхнего этажа tint = 20 °С.
Температура воздуха, поступающего в теплый чердак из вентиляционных каналов, tven = 21,5 °С.
Порядок расчета
1. Определение градусо-суток отопительного периода (ГСОП) по формуле (2) СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий»:
Dd = (tint – tht)·zht
Dd = (20–(–1,9)) * 191 = 4182,9 оС сут.
где tint - расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С;
tht - средняя температура наружного воздуха, °С;
zht - продолжительность, сут, отопительного периода.
2. Нормируемое значение сопротивления теплопередаче покрытия по формуле (1) СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий»:
Rreq = a * Dd + b
Rreq = 0,00045 * 4182,9 + 1,9 = 3,78 м2*°С/Вт
где a, b - коэффициенты, значения которых следует принимать по данным таблицы (4) СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» для соответствующих групп зданий, принимаемые a = 0,00045 и b = 1,9.
Определим величину требуемого
сопротивления теплопередаче
n = (tint – tint.g)/(tint - text) = (20 - 18)/(20 + 23) = 0,04.
Тогда R0g.f = n * Rreq = 0,04 * 3,78 = 0,15 м2*°С/Вт.
Проверим согласно п 9.2.2 СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий» выполнение условия Dt ≤ Dtn для потолков помещений последнего этажа при Dtn = 3°С
Dt = (tint – tint.g)/(R0g.f) = (20 - 18)/(0,15×8,7) = 1,67°С < Dtn = 3°С.
2. Требуемое сопротивление теплопередаче покрытия R0g.c, м2*°С/Вт, определяют по формуле:
где tint, text, tint.g – то же, что и в п. 1;
Gven – приведенный (отнесенный к 1 м2 пола чердака) расход воздуха в системе вентиляции, кг/(м2*ч), определяемый по таблице 11 СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий» и равный 19,5 кг/(м2*ч) для 9-ти этажных домов с газовыми плитами;
с - удельная теплоемкость воздуха, равная 1 кДж/(кг*°С);
tven - температура воздуха, выходящего из вентиляционных каналов, °С, принимаемая равной tint + 1,5 = 20+1,5 = 21,5°С;
R0g.f - требуемое сопротивление теплопередаче чердачного перекрытия теплого чердака, м2*°С/Вт, определенное в п.1;
qpi - линейная плотность теплового потока через поверхность теплоизоляции, приходящаяся на 1 м длины трубопровода i-го диаметра с учетом теплопотерь через изолированные опоры, фланцевые соединения и арматуру, Вт/м; для чердачного помещения значение qpi = 35,2 (d = 100мм, 95°С) смотри в таблице 12 СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий»;
lpi - длина трубопровода i-го диаметра, м, принимается по проекту lpi = 56 м;
ag.w - приведенная (отнесенная к 1 м2 пола чердака) площадь наружных стен теплого чердака, м2/м2, ag.w = 0,476
сопротивление теплопередаче наружных стен чердака из условия невыпадения конденсата равно R0g.w = 1,8 м2*°С/Вт
3. Проверим наружные ограждающие
конструкции чердака на
tsig.c = tint.g - [(tint.g - text)/(R0*aint.g)]
aint.g - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности наружного ограждения теплого чердака, Вт/(м2*°С), принимаемый для покрытий 7-9-этажных домов - 9,9 Вт/(м2*°С);
R0 - нормируемое сопротивление теплопередаче покрытий R0g.c теплого чердака, м2*°С/Вт.
tsig.c = 18 - [(18 – (- 23)/(1,49*9,9)] = 15,22°С;
Определим температуру точки росы td воздуха в чердаке.
Среднее парциальное давление водяного пара за январь для Белгорода равно еext = 3,2 гПа. Влагосодержание наружного воздуха fext определяют по формуле 37 СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий»:
fext = 0,794*eext/(1 + text/273)
fext = 0,794*3,2/(1 - 23/273) = 2,774 г/м3.
Влагосодержание воздуха теплого чердака fg определяют по формуле 36 СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий» для домов с газовыми плитами:
fg = fext + Df,
Df - приращение влагосодержания за счет поступления влаги с воздухом из вентиляционных каналов, г/м3, принимается для домов с газовыми плитами - 4,0 г/м3;