Теплотехнический расчет


Федеральное государственное  автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

 

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

 

 

Заочное отделение

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине «строительная  теплофизика»

 

Вариант № 29

 

 

 

 

Преподаватель                  

                                      подпись, дата                        инициалы, фамилия

 

Студент    

                                                  Код (номер) группы                             подпись, дата                           инициалы, фамилия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача №1

Теплотехнический расчет наружной стены

Для наружной стены определить толщину теплоизоляционного слоя коэффициент теплопередачи К, , и построить график распределения температуры в толще стены.

Исходные данные:

Назначение здания – производственный цех;

Место строительства –  Барнаул;

Условия эксплуатации ограждающих  конструкций – А;

Расчетная температура внутреннего  воздуха – ;

Конструкция наружной стены  трехслойная:

Слой 1 – сухая штукатурка: ρ = 800 кг/м3; ;

Слой 2 – пенополистирол: ρ = 100кг/м3;

Слой 3 – кирпич глиняный: ρ = 1700кг/м3; .

Рисунок 1 – конструкция  наружной стены

Решение

  1. Климатические параметры района строительства по приложению 1 методических указаний «Строительная теплофизика» к контрольной работе для студентов специальности 290700 – «Теплогазоснабжение и вентиляция»/ КрасГАСА. Красноярск, 2003 (далее по тексту МУ).

Температура воздуха наиболее холодной пятидневки ;

Средняя температура отопительного  периода со среднесуточной температурой воздуха ;

Продолжительность отопительного  периода 

    1. Расчетные значения теплофизических характеристик строительных материалов определяются по приложению 2 МУ и сводятся в таблице 1.

Таблица 1 – Характеристика ограждающей конструкции

Номер слоя

Наименование материала

Толщина слоя, м

Теплопроводность, λ,

1

сухая штукатурка, ρ = 800 кг/м3

0,01

0,19

2

пенополистирол, ρ = 100кг/м3

?

0,041

3

кирпич глиняный, ρ = 1700кг/м3

0,64

0,64


 

    1. Градусо-сутки отопительного периода рассчитаем по формуле:

 

где средняя температура отопительного периода, °С;

температура внутреннего  воздуха, °С;

продолжительность отопительного периода со среднесуточной температурой воздуха , сут.

Подставляя цифровые значения в формулу (1), получим:

 

Используя метод интерполяции находим приведенное сопротивление теплопередачи ограждающей конструкции, значения берем из таблицы 1 МУ, на основании примечания 2 к таблице 1 МУ:

 .

Исходя из санитарно-гигиенических, комфортных условий и условий  энергосбережения принимаем 

Термическое сопротивление  слоя многослойной ограждающей конструкции R, определяется по формуле:

 

где толщина слоя, м;


 расчетный коэффициент  теплопроводности материала слоя, .

В тоже время сопротивление  теплопередачи , ограждающей конструкции определяют по формуле:

 

где коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, , принимается по таблице7 СНиП 23-02;

 термическое сопротивление отдельных слоев,

коэффициент теплоотдачи  наружной поверхности ограждающей  конструкции, принимается по таблице 8 СНиП 23-101.

    1. По формуле (3) рассчитывается толщина слоя утеплителя:

 

 

 

 

    1. Фактическая толщина слоя утеплителя принимается 0,4м.
    2. По формуле (3) рассчитывается фактическое сопротивление теплопередаче:

 

    1. Коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции, К, , определим по формуле:

 

где фактическое сопротивление теплопередаче,


 

Толщина наружной стены составляет 1,05 м.

    1. С помощью теплотехнического расчета определим расчетные точки x и заполним таблицу 2. Распределение температуры в толще ограждающей конструкции определим по формуле:

 

где то же, что и в формуле (1);

суммарное сопротивление  теплопередаче в точке x, равное , ;

то же, что и  в формуле (4);

температура воздуха  наиболее холодной пятидневки.

Таблица 2 – Расчет распределения  температуры в толще наружной стены

 

Номер точки

1

2

3

4

Координата x, м

0

0,01

0,41

1,05

 

0

0,01

0,4

0,64

 

–

0,19

0,041

0,64

 

0,115

0,168

1,144

2,144

 

13,11

11,78

–12,77

–37,92

       


Рисунок 2 – распределение  температур в толще наружной стены.

 

 

 

 

 

 

 


Задача №2

Теплотехнический расчет чердачного перекрытия

Определить толщину засыпки  теплоизоляционного слоя и коэффициент теплопередачи К, , для чердачного перекрытия.

Исходные данные:

Назначение здания – производственный цех;

Место строительства –  Барнаул;

Условия эксплуатации ограждающих  конструкций – А;

Расчетная температура внутреннего  воздуха – ;

Конструкция пола чердачного перекрытия (см. рис. 3):

Слой 1 – сухая штукатурка: ρ = 800 кг/м3; ;

Слой 2 – пустотная плита перекрытия, условно разбитая на три слоя, верхний и нижний слой состоит из железобетона ; средний слой неоднородный, состоит из 6 каналов воздушной прослойки и железобетона, при этом площадь воздушной прослойки , м2, , а площадь железобетона , м2, ; ρ = 2500кг/м3;

Слой 3 – маты минераловатные прошивные: ρ = 125кг/м3; ;

Слой 4 – гравий керамзитовый: ρ = 600кг/м3;

Рисунок 3 – конструкция  пола чердачного перекрытия.


Решение

  1. Климатические параметры района строительства определяются по приложению 1 МУ.

Температура воздуха наиболее холодной пятидневки ;

Средняя температура отопительного  периода со среднесуточной температурой воздуха ;

Продолжительность отопительного  периода 

  1. Расчетные значения теплофизических характеристик строительных материалов определяются по приложению 2 МУ и сводятся в таблицу 3.

Таблица 3 – Характеристика ограждающей конструкции

Номер слоя

Наименование материала

Толщина слоя, м

Теплопроводность, λ,

1

сухая штукатурка, ρ = 800 кг/м3

0,01

0,19

2

пустотная железобетонная плита, ρ = 2500кг/м3

0,22

1,92

3

маты минераловатные прошивные , ρ = 125кг/м3

0,1

0,064

4

гравий керамзитовый                          ρ = 600кг/м3

?

0,17


    1. Градусо-сутки отопительного периода рассчитаем по формуле:

 

где средняя температура отопительного периода, °С;

температура внутреннего  воздуха, °С;

продолжительность отопительного периода со среднесуточной температурой воздуха , сут.

Подставляя цифровые значения в формулу (1), получим:

 

Используя метод интерполяции находим приведенное сопротивление теплопередачи ограждающей конструкции, значения берем из таблицы 1 МУ, на основании примечания 2 к таблице 1 МУ:

 .

Исходя из санитарно-гигиенических, комфортных условий и условий  энергосбережения принимаем 


    1. По формуле (2) рассчитываем термическое сопротивление однородных

слоев R, :

 

 

    1. В конструкции перекрытия находится неоднородный слой. Для неоднородного слоя ограждающей конструкции (пустотелая плита) термическое сопротивление участков неоднородного слоя определяется по формуле:

 

где то же, что и в формуле (3)

площади  отдельных  участков неоднородного слоя ограждающей  конструкции, м2.

При толщине слоя толщина воздушной прослойки составляет , термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки , определяется по таблице 5 МУ.

Площадь воздушной прослойки:

 

Площадь железобетона:

 

Термическое сопротивление  участков железобетона:

 

 

Термическое сопротивление  неоднородного слоя определяется по


формуле:

 

где то же, что и в формуле (3)

 то же, что  и в формуле (6).

Термическое сопротивление неоднородного слоя:

 

  1. По формуле (3) рассчитываем толщину засыпки теплоизоляционного слоя.

Принимаем по таблице 6 МУ

 

 

 

 

 

    1. Фактическая толщина слоя засыпки принимается 0,1м.
    2. По формуле (3) рассчитывается фактическое сопротивление теплопередаче:

 

    1.  По формуле (4) рассчитаем коэффициент теплопередачи чердачного перекрытия:

 

Толщина чердачного перекрытия составляет 0,43м.

 


Задача №3

Теплотехнический расчет пола нижнего этажа.

Для пола нижнего этажа жилого дома определить толщину теплоизоляционного слоя коэффициент теплопередачи К, , и показатель теплоусвоения .

Исходные данные:

Конструкция пола нижнего  этажа – см рис. 4;

Место строительства –  Барнаул;

Условия эксплуатации ограждающих  конструкций – А;

Расчетная температура внутреннего  воздуха – ;

Конструкция пола чердачного перекрытия:

Слой 1 – плиты древесностружчатые: ρ = 1000кг/м3; ;

Слой 2 – воздушная прослойка, лаги деревянные высотой 40мм, шириной 80мм;

Слой 3 – маты минераловатные прошивные: ρ = 50кг/м3;

Слой 4 – железобетон: ρ = 2500кг/м3;

Рисунок 4 – конструкция  пола нижнего этажа.

Решение

  1. Климатические параметры района строительства определяются по приложению 1МУ.

Температура воздуха наиболее холодной пятидневки ;


Средняя температура отопительного  периода со среднесуточной температурой воздуха ;

Продолжительность отопительного  периода 

  1. Расчетные значения теплофизических характеристик строительных материалов определяются по приложению 2 МУ и сводятся в таблицу 4.

Таблица 4 – Характеристика ограждающей конструкции

 

 

 

Номер слоя

Наименование материала

Толщина слоя, м

Теплопроводность, λ,

1

плиты древесностружчатые,              ρ = 1000кг/м3

0,01

0,23

2

Воздушная прослойка

0,04

-

3

Маты минераловатные прошивные , ρ = 50кг/м3

?

0,052

4

Плита железобетонная, ρ=2500кг/м3

0,22

1,92


 

    1. Градусо-сутки отопительного периода рассчитаем по формуле (1):

,

по таблице 1 МУ, используя метод интерполяции, находим                            .

Исходя из санитарно-гигиенических, комфортных условий и условий  энергосбережения принимаем 

  1. По формуле (2) рассчитываем термическое сопротивление однородных слоев R, :

 

 

  1. В конструкции перекрытия находится неоднородный слой. По формуле (6) рассчитается термическое сопротивление участков неоднородного слоя. Термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки (таблица 5 МУ).

Площадь воздушной прослойки составляет:


 

Площадь деревянных лаг:

 

Термическое сопротивление деревянных лаг:

 

    1. По формуле (3) рассчитываем толщину засыпки теплоизоляционного слоя.

Принимаем по таблице 6 МУ.

 

    1. Фактическая толщина теплоизоляционного слоя принимается 0,1м.
    2. По формуле (3) рассчитывается фактическое сопротивление теплопередаче:

 

    1.  По формуле (4) рассчитаем коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции:

 

Толщина пола нижнего этажа составляет 0,37м.

    1. Тепловая инерция ограждающей конструкции первого слоя рассчитывается по формуле:

 

где то же, что и в формуле (3)

 расчетные  коэффициенты теплоусвоения материала  отдельных слоев ограждающей  конструкции, .

Принимаем


По условию, если показатель теплоусвоения определяют по формуле:

 

где то же, что и в формуле (8).

 

Согласно таблице 8 МУ, нормативный показатель теплоусвоения

, условие  выполняется ().

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Задача №4

Расчет сопротивления  паропроницанию наружной стены.

Определить сопротивление  паропроницанию наружной стены.

Исходные данные:

Конструкция стены – см. рисунок 5;

Назначение здания – производственный цех;

Место строительства –  Барнаул;

Условия эксплуатации ограждающих  конструкций – А;

Расчетная температура внутреннего  воздуха – ;

Относительная влажность  внутреннего воздуха 

Конструкция стены трехслойная:

Слой 1 – сухая штукатурка: ρ = 800кг/м3; ;

Слой 2 – пенополистирол: ρ = 100кг/м3;

Слой 3 – кирпич глиняный: ρ = 1700кг/м3; .

Рисунок 5 – конструкция наружной стены.

Решение

  1. Исходными данными к задаче являются результаты расчета к задаче 1, которые сведены в таблицу «Расчетные значения теплофизических характеристик строительных материалов», расчетный коэффициент паропроницаемости материала слоя ограждающей конструкции µ, , определяется по приложению 2 МУ.

 


    1. Климатические параметры района строительства.

Температура воздуха наиболее холодной пятидневки ;

Средняя температура отопительного  периода со среднесуточной температурой воздуха ;

Продолжительность отопительного  периода 

Среднемесячная относительная  влажность воздуха наиболее холодного  месяца   79 %;

Среднемесячная относительная  влажность воздуха наиболее теплого  месяца   70 %;

    1. Расчетные значения теплофизических характеристик строительных материалов.    
 

Номер слоя

Наименование материала

Толщина слоя, м

Расчетный коэффициент паропроницаемости µ,

1

Сухая штукатурка, ρ = 800кг/м3

0,01

0,075

2

Пенополистирол , ρ = 100кг/м3

0,34

0,05

3

Кирпич глиняный, ρ = 1700кг/м3

0,64

0,12


    1. Определяется сопротивление паропроницанию , слоев ограждающей конструкции по формуле:

 

где то же, что и в формуле (2);

 расчетный коэффициент  паропроницаемости материала слоя  ограждающей конструкции, .

 

 

 


Сопротивление паропроницанию многослойной ограждающей конструкции (или ее части) равно сумме сопротивлений составляющих ее слоев (в пределах внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации), которая в многослойной конструкции совпадает с наружной поверхностью утеплителя. Для данной стены:

 

    1. Требуемое сопротивление паропроницанию из условия недоступности накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период эксплуатации определяется по формуле:

 

где упругость водяного пара внутреннего воздуха, Па, при расчетной температуре и влажности (определяется по приложению 4 МУ);                                                         сопротивление паропроницанию, части ограждающей конструкции, расположенной между наружной поверхностью ограждающей конструкции и плоскостью возможной конденсации;

 средняя упругость водяного пара наружного воздуха, Па, при средней температуре наружного воздуха самого холодного месяца, определяется по приложению 3 МУ;

 упругость водяного  пара, Па, в плоскости возможной  конденсации за годовой период  эксплуатации.

При , упругость водяного пара при полном насыщении составляет 1817Па (приложение 4 МУ). Тогда при влажности :

 

Упругость водяного пара Па, в плоскости возможной конденсации за годовой период эксплуатации определяется по формуле:


где упругости водяного пара, Па, принимаемые по температуре в плоскости возможной конденсации, определяемой при средней температуре наружного воздуха соответственно зимнего, весеннее-осеннего и летнего периода;

 продолжительность,  мес., периодов года.

Принимаем:

Зимний период – месяцы средняя температура наружного воздуха которых ниже ;

Весенне-осенний период –  месяцы со средними температурами наружного  воздуха от до ;

Летний период – месяцы со средними температурами наружного  воздуха выше .

Средние температуры и продолжительность зимнего, весеннее-осеннего и летнего периодов определяются по приложению 3МУ.

Средняя температура зимнего  периода:

 

Упругость водяного пара при  полном насыщении 197Па                    (приложение 4 МУ).

При влажности воздуха  по приложению 1 МУ:                             

Средняя температура весеннее-осеннего периода:

 

Упругость водяного пара при  полном насыщении 721Па (прил. 4 МУ).

При влажности воздуха  по приложению 1 МУ:                         

Средняя температура летнего периода:


 

Упругость водяного пара при  полном насыщении 1727Па (прил. 4 МУ).

При влажности воздуха , по приложению 1 МУ:                         

 

При средней температуре  наружного воздуха самого холодного  месяца (прил. 3 МУ); упругость водяного пара при полном насыщении 130Па (прил. 4 МУ); при влажности воздуха (по прил. 1 МУ):

Тогда

 

    1. Требуемое сопротивление паропроницанию из условия ограничения влаги в ограждающей конструкции за период с отрицательными среднемесячными температурами наружного воздуха определяется по формуле:

 

где то же, что и в формуле (11);

 упругость  водяного пара, Па, в плоскости  возможной конденсации определяемая  при средней температуре наружного  воздуха периода месяцев с  отрицательными среднемесячными  температурами;

 продолжительность,  сут., периода влагонакопления, принимаемая равной периоду с отрицательными среднемесячными температурами наружного воздуха;

 плотность  материала увлажняемого слоя, кг/м3;

 толщина увлажняемого  слоя ограждающей конструкции;

 предельно допустимое приращение расчетного массового отношения влаги в материале увлажняемого слоя, %, за период влагонакопления .


При этом определяется по формуле:

 

где средняя упругость водяного пара наружного воздуха, Па, периода месяца с отрицательными среднемесячными температурами;

 то же, что  и в формуле (13);

 то же, что  и в формуле (11);

 то же, что и в формуле (13).

Продолжительность периода  влагонакопления, принимаемая равной периоду с отрицательными среднемесячными температурами наружного воздуха

При , упругость водяного пара при полном насыщении составляет 1817Па (прил. 4 МУ). Тогда при влажности воздуха                     :

 

Средняя температура наружного  воздуха месяцев с отрицательными температурами , упругость водяного пара при полном насыщении 229Па, при влажности воздуха :

 

 

 

 

Упругость водяного пара  для месяцев с отрицательными среднемесячными температурами  наружного воздуха составляет:

 январь , упругость водяного пара при полном насыщении 130Па, при влажности воздуха : ;


 февраль , упругость водяного пара при полном насыщении 150Па, при влажности воздуха : ;

 март , упругость водяного пара при полном насыщении 281Па, при влажности воздуха : ;

 ноябрь , упругость водяного пара при полном насыщении 312Па, при влажности воздуха : ;

 декабрь , упругость водяного пара при полном насыщении 165Па, при влажности воздуха : ;

Средняя упругость водяного пара наружного воздуха , Па, для месяцев с отрицательными среднемесячными температурами составит:

 

Cопротивление паропроницанию, определяется по формуле (14) определим, при этом

 

    1. Наибольшее из требуемых сопротивлений паропроницанию

.

Условие , выполняются.

 

 

 

 

 

 

 

 


Задача №5

Расчет потерь тепла помещений  в секции жилого дома.

Определить потери тепла  через наружные ограждающие конструкции  секции жилого дома.

Исходные данные:

Место строительства –  Санкт - Питербург;

Ориентация фасада – запад;

Геометрические размеры  здания:

 

 

Характеристика наружных ограждений:

 

;

;

;

Пол лестничной клетки расположен на грунте

;

;

;

;

Остекление двойное в  деревянных раздельных переплетах:

для жилых комнат и кухонь – размером 1,51,7м;

лестничных клеток – 1,5м;

;

Толщина пола первого этажа  – 

Толщина пола чердачного перекрытия –

Двойные входные двери  с тамбуром – размером 1,22,2м;


;

Расчетная температура внутреннего  воздуха:

для жилых комнат – ;

для кухонь – ;

для лестничных клеток – ;

Количество этажей – 5.

 

Рисунок 6 – План-схема  секции жилого дома.

 


Решение

Основные потери тепла  определим путем суммирования потерь тепла через отдельные ограждающие  конструкции Q, Вт, и округления до 10Вт по формуле:

 

где коэффициент теплопередачи ограждения, ;

Теплотехнический расчет