Микроклимат строящегося здания

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

Институт  инженерно-экологических  систем

Кафедра   отопления, вентиляции и кондиционирования

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

КУРСОВОГО ПРОЕКТА (РАБОТЫ)

 

По дисциплине_____________________________________________

 

Тема:_______________________________________________________

 

Выполнил студент (институт, курс, группа)

(фамилия,  имя, отчество)

 

Руководитель проекта_________________________________________

(фамилия,  имя, отчество)

 

К защите____________________________________________________

(дата, роспись,  руководитель)

 

Проект защищен с оценкой ____________________________________________ 

Содержание

1. Введение 3

2. Исходные данные для проектирования 4

3. Расчет приведенного сопротивления теплопередаче ограждений 5

1) Расчет R0, м2·°C/Bt для жилого здания 10

2) Расчет R0, м2·°C/Bt для общественного здания (кинотеатр) 16

3) Расчет R0, м2·°C/Bt для производственного здания 23

4.Расчет теплоустойчивости ограждений 30

1) Расчет для жилого здания 30

2) Расчет для общественного здания 36

3)Расчет для производственного здания 43

5 Расчет теплоусвоения поверхности пола 50

1) Порядок расчета для жилого здания 50

2) Порядок расчета для общественного здания 52

3) Порядок расчета для производственного здания 54

6. Расчет воздухопроницаемости ограждений 56

1) Исходные данные для жилого дома 56

2) Исходные данные для общественного здания 57

3) Исходные данные для производственного здания 58

7.Расчет паропроницания ограждающей конструкции 60

1) Исходные данные жилого здания 60

2) Исходные данные общественного здания 68

3)Исходные данные  для производственного здания 76

8.Вывод 85

9.Список литературы 86

 

  1. Введение

Принятый в 2002 году закон  «О техническом регулировании» предполагает добровольное использование большинства  отраслевых нормативных документов. В соответствии с этим при расчете  теплопотерь необходимо опираться, с одной стороны, на традиционную школу расчета, основанную на изучении физических законов, влияющих на теплопотери  помещения, а с другой стороны, на положения последних СНиП и ГОСТ, включающих многолетние наработки, отличающиеся высокой степенью достоверности.

Расчет теплопотерь является важнейшим этапом проектирования систем отопления. Для определения тепловой мощности, покрывающей максимальную нагрузку на систему отопления, необходимо знать теплопотери здания в самую  суровую расчетную часть холодного  периода года. Для решения вопроса  о соответствии уровня теплопотребления системой отопления здания современным  требованиям, особенно учитывая проблему энергосбережения, необходимо определить теплопотери здания за весь отопительный период.

Теплопотери нельзя рассчитать не зная теплозащитных качеств ограждений, коэффициентов теплообмена на поверхностях, расчетных наружных и внутренних условий. Поэтому в работе достаточно большое место уделено этим характеристикам. Кроме того, по многим вопросам приведены  обоснования общеизвестных рекомендаций и указаны их авторы. Вместе с  тем представленный материал не претендует на всеохватывающее изложение сопутствующих  вопросов.

Существуют различные  подходы к выбору расчетных значений коэффициентов теплопроводности строительных материалов. При этом тщательность в выборе значения данного коэффициента крайне важна, принимая во внимание тот  факт, что производители теплоизоляции  зачастую приводят в рекламных материалах теплопроводность не при эксплуатационных условиях, а в сухом состоянии. Необходимо также правильно оценивать  значения коэффициентов теплообмена  на поверхностях ограждений, особенно коэффициента теплоотдачи на внутренней поверхности, т.к. при завышенном его  значении будет завышена и расчетная  температура на внутренней поверхности, например, окна.

 

 

 

  1. Исходные данные для проектирования

- Район строительства:  г. Краснодар

- Материал наружной стены: Шлакопемзобетон ρ= 1400 кг/ м3

- Материал утеплителя  ограждающей конструкции: Пенополистирол  экструзионный «Пеноплекс» ρ= 45 кг/ м3

- Для расчетов применяется три типа здания: жилое здание, кинотеатр, производственное здание (термический цех)

- Тип остекления берется по СП 23-101-2004 приложение Л : для жилых зданий тип остекление 13, для кинотеатров – 1, для производственного здания – 1

- Число мест в зрительном  зале: 450 человек

- Ориентация фасада здания: С

10


δут

+

-

120

250

1

2

3

4

2


1

q

δ1=15

δ2

 

 

+

-


 

 

 

а) - конструкция наружной стены: 

  1) известково-песчаная  штукатурка; 

   2)основной конструкционный  материал

δут


100

500

25

5

5

75


 

 

 

 

в) - конструкция перекрытия над  подвалом:

  1) линолеум; 

   2) ДВП;

   3) настил из доски; 

   4) лага деревянная

   5) Ж/б плита перекрытия

 

 

 

 

 

 

б) - конструкция многослойной наружной стены:

   1) конструкционный  материал;

      материал

    2) утеплитель

    3) воздушная прослойка; 

δут


100

30

10

    4) конструкционный материал


 

 

 

 

г) - конструкция совмещенного покрытия здания:

1) Ж/б плита

2) утеплитель;

3) цементная стяжка;

4) рубероид

Рисунок 1 – Схемы  строительных конструкций

 

  1. Расчет приведенного сопротивления теплопередаче ограждений

В настоящее время значительное повышение требований к уровню теплозащиты  зданий при проектировании конструкций  наружных ограждений зданий различного назначения обусловило широкое применение эффективных утеплителей из минваты  и пенопласта, а использование  конструкций из обыкновенного кирпича  становится нецелесообразным, т. к. приводит чрезмерно большой толщине ограждения, а, следовательно, к удорожанию стоимости  конструкций. Т. о. рационально использовать ограждения со сверхлегким утеплителем, расположенным снаружи или внутри стен.

Целью теплотехнического  расчета является определение требуемого приведенного сопротивления теплопередаче  ограждающей конструкции согласно требованиям  СНиП II-3-79* «Строительная теплотехника», а также определения толщины слоя утеплителя.

Теплотехнический расчет проводится для всех наружных ограждений для  холодного периода года с учетом района строительства, условий эксплуатации, назначения здания, санитарно-гигиенических  требований, предъявляемых к ограждающим  конструкциям и помещению. Теплотехнический расчет внутренних ограждающих конструкций (стен, перегородок, перекрытий) проводится, если разность температур воздуха в  помещениях более  3 ºС.

Теплофизические характеристики строительных материалов при расчетах строительных конструкций следует  принимать с учетом зоны влажности  и влажностного режима помещения, т. к. стройматериалы тела капиллярно –  пористые, интенсивно поглощающие влагу  из окружающей. Зоны влажности территории России следует принимать согласно СНиП 23-02-2003 по приложению В. Влажностный  режим помещений зданий в зимний период следует устанавливать в  зависимости от φв, % (влажность внутреннего воздуха) и tв, ºС (температуры внутреннего воздуха).

Т. о. для холодного периода во всех помещениях принимается сухой режим.

С учетом влажностного режима помещений и зоны влажности выбирают условия эксплуатации (А или Б) для ограждающих конструкций  согласно СНиП 23-02-2003 (таб.2).

Для г. Краснодара – зона влажности – сухая.

Исходя из условий эксплуатации А или Б для материалов ограждающих  конструкций выбираются значения коэффициентов  теплопроводности и  теплоусвоения  по [3, прил. 3*].

Все теплофизические характеристики материала конструкций наружных ограждений сводятся в таблицу 1.

Таблица 1 Данные для объекта проектирования жилое здание

Город

г.Краснодар

Влажностный режим

Сухой (влажный)*

Зона влажности

сухая

Условия эксплуатации

А (Б)*

Температура точки  росы, td, °С

10,7

Расчетная температура  внутреннего воздуха здания tint,○C

+ 20

Средняя температура  наружнего воздуха tht, ○C

2

Расчетная средняя  температура наружного воздуха text, °С

- 19

Продолжительность отопительного периода Zht, ○C

149сут.

Градусо-сутки  отопительного периода ○C, сут

2682°С * сут


*Для термического производства

Градусо-сутки отопительного  периода Dd, °С·сут, определяют по формуле:

 


Dd = ( tint - tht ) zht=

( 20 - 2 )* 149 =  2682,  °С * сут                 (1)


 

где tint —

расчетная средняя температура  внутреннего воздуха здания, °С, принимаемая для расчета ограждающих  конструкций зданий.

tht, zht —

средняя температура наружного  воздуха, °С, и продолжительность, сут, отопительного периода, принимаемые  по СНиП 23-01 для периода со средней  суточной температурой наружного воздуха  не более 10 °С


Для расчета приведенного сопротивления теплопередаче ограждений, мы должны выполнить 2 условия:

  1. Экономическое: нормируемому сопротивлению теплопередаче Rreq: для однородных конструкций наружного ограждения — по Ro; для неоднородных конструкций-по приведенному сопротивлению теплопередач ; при этом должно соблюдаться условие .

Нормируемое сопротивление  теплопередаче Rreq  определяется в зависимости  от градусо- суток района строительства Dd, оС.сут. (условие 1)

  1. санитарно-гигиеническому: расчетному температурному перепаду Δtо между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, определяемому по формуле (4)  СНиП  23-02;  при  этом  расчетный  температурный  перепад  не должен  превышать нормируемых величин Δtn установленных СНиП 23-02 (прил. 5);

минимальной температуре  внутренней поверхности, превышающей  температуру точки росы td при расчетных условиях внутри помещения; .(условие 2)

Выполним  первое условие

Из СНиП 23-02-2003 по таблице 4 «Нормируемые значения сопротивления  теплопередаче ограждающих конструкций», в зависимости от назначения зданий и градусо-суток отопительного  периода Dd, °С·сут, выбираем нормируемые значения сопротивления теплопередаче Rreq, м2·°С/Вт, ограждающих конструкций.

Расчетным методом (1) вычислили  градусо-сутки отопительного периода  Dd, °С·сут = 2682. По формуле (2) вычисляем нормируемые значения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций.

R req =aDd+b (2)

Таблица 2 Нормируемые значения сопротивления теплопередаче Rreq, м2·°С/Вт, ограждающих конструкций для жилых зданий

Ограждающая конструкция

Нормируемое значение Rreq, м2·°С/Вт,

Стена

2,339

Покрытие и перекрытие над проездами

3,541

Перекрытие чердачных, над  неотапливаемыми подпольями и подвалами

3,107


 

Расчет нормируемых значений сопротивления теплопередаче  Rreq, м2·°С/Вт, ограждающих конструкций:

Для стен: R req = 0,00035*2682+1,4= 2,339 м2·°С/Вт

Покрытие  и перекрытие над проездами: R req = 0,0005*2682 + 2,2 = 3,541 м2·°С/Вт

Перекрытие  чердачных, над неотапливаемыми  подпольями и подвалами: R req = 0,00045*2682+1,9= 3,107 м2·°С/Вт

 

Таблица 2.1 Нормируемые значения сопротивления теплопередаче Rreq, м2·°С/Вт, ограждающих конструкций для общественных зданий

Ограждающая конструкция

Нормируемое значение Rreq, м2·°С/Вт,

Стена

2,005

Покрытие и перекрытие над проездами

2,673

Перекрытие чердачных, над  неотапливаемыми подпольями и подвалами

2,239


 

Расчет нормируемых значений сопротивления теплопередаче  Rreq, м2·°С/Вт, ограждающих конструкций:

Для стен: R req = 0,0003*2682+1,2 = 2,005 м2·°С/Вт

Покрытие  и перекрытие над проездами: R req = 0,0004*2682 + 1,6 = 2,673 м2·°С/Вт

Перекрытие  чердачных, над неотапливаемыми  подпольями и подвалами: R req = 0,00035*2682+13= 2,239 м2·°С/Вт

 

Таблица 2.2 Нормируемые значения сопротивления теплопередаче Rreq, м2·°С/Вт, ограждающих конструкций для производственных зданий

Ограждающая конструкция

Нормируемое значение Rreq, м2·°С/Вт,

Стена

0,37

Покрытие и перекрытие над проездами

1,61

Перекрытие чердачных, над  неотапливаемыми подпольями и подвалами

0,28


 

Т.к. при термическом  процессе выделяется явный избыток  теплоты более 23 Вт/м3, то Rreq рассчитывается иначе (п. 5.4 СНиП 23-02-2003)

,  (3)

где n —

коэффициент, учитывающий  зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций  по отношению к наружному воздуху  и приведенный в таблице 6;

Dtn —

нормируемый температурный  перепад между температурой внутреннего  воздуха tint и температурой внутренней поверхности tint ограждающей конструкции, °С, принимаемый по таблице 5;

aint —

коэффициент теплоотдачи  внутренней поверхности ограждающих  конструкций, Вт/(м2·°С), принимаемый по таблице 7;

tint —

то же, что и в формуле (1);


 

text —

расчетная температура наружного  воздуха в холодный период года, °С, для всех зданий, кроме производственных зданий, предназначенных для сезонной эксплуатации, принимаемая равной средней  температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по СНиП 23-01.

  1. Для наружных стен Rreq=°
  2. Для покрытие и перекрытие над проездами Rreq=°
  3. Перекрытие чердачных, над неотапливаемыми подпольями и подвалами Rreq=°

 

Вычислив нормируемые  значения сопротивления теплопередаче  ограждающих конструкций для  жилых, общественных и производственных зданий, необходимо вычислить R0, м2·°C/Bt для каждого конструктива и должно соблюдаться условие

  1. Расчет R0, м2·°C/Bt для жилого здания

2

1

q

δ1=15

δ2

 

 

+

-

 а) - конструкция наружной стены: 

  1) известково-песчаная  штукатурка; 

   2)шлакопемзобетон

 

Ro = Rsi + Rk + Rse, (4)

где Rsi = l/aint, aint - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м2×°С), принимаемый по таблице 7 СНиП 23-02;

Rse = 1/aext, aext - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкций для условий холодного периода, Вт/(м2×°С), принимаемый по таблице 8 настоящего Свода правил;

Rk - то же, что и в формуле (5).

Rk = R1 + R2 + ... + Rn + Ra.l, (5)

где R1, R2, ... , Rn - термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, м2×°С/Вт, определяемые по формуле (6);

Ra.l - термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки, принимаемое по таблице 7.

R = d/l, (6)

где d - толщина слоя, м;

l - расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м×°С), принимаемый согласно 5.3.

То есть, распишем формулу подробно R0= aa (7)

Для определения толщины  конструкционного слоя (а) нам нужно  вычислить δ2,

δ2=( R0-(aa

т.к. мы должны выполнить  условие  , то в формулу подставляем Rreq, получаем δ2=( Rreq -(aa

δ2= (2,339-(1/23+0+0,15/0,7+1/8,7))*0,44= 0,87м ~0,9м

Выполним проверку R0= 1/23+0+0,15/0,7+ 0,9/0,44+1/8,7= 2,42

2,42 ≥ 2,339, условие выполнено, для того чтобы в здании была хорошая теплопроводность стены из конструкционного материала (шлакопемзобетон) должна быть толщиной 0,9м

10

δут

+

-

120

250

1

2

3

4

Расчет  для конструкции (б), необходимо вычислить  необходимую толщину утеплителя, для хорошей теплопроводности данной конструкции

б) - конструкция многослойной наружной стены:

   1) шлакопемзобетон

2) Пенополистирол экструзионный «Пеноплекс» тип 45

3) воздушная прослойка; 

4) шлакопемзобетон

 

 

 

R0=  aa

Для определения толщины  утеплителя (б) нам нужно вычислить  δ3,

δ3=( R0-(aa

т.к. мы должны выполнить  условие  , то в формулу подставляем Rreq, получаем δ3=( Rreq -(aa

δ3= (2,339-(1/23+0,15+0,25/0,47+0,12/0,47+1/8,7))*0,031= 0,039м ~0,04м

Выполним проверку R0= 1/23+0,15+0,25/0,47+0,04/0,031+0,12/0,47+1/8,7= 2,43

2,43 ≥ 2,339, условие выполнено, для того чтобы в здании была хорошая теплопроводность стены, толщина утеплителя (Пенополистирол экструзионный «Пеноплекс») должна быть 0,04м

 

δут

100

500

25

5

5

75

Расчет  для конструкции (в), необходимо вычислить  потребную толщину утеплителя, для  хорошей теплопроводности данной конструкции

       в) - конструкция перекрытия над  подвалом:

  1) линолеум; 

   2) ДВП;

   3) настил из доски; 

   4) лага деревянная, утеплитель (Пенополистирол экструзионный  «Пеноплекс» тип 45)

   5) Ж/б плита перекрытия

 

 

R0=  aa

Для определения толщины  утеплителя (в) нам нужно вычислить  δ5,

δ5=( R0-(aa

т.к. мы должны выполнить  условие  , то в формулу подставляем Rreq, получаем δ5=( Rreq -(aa

δ5= (3,107-( 1/17 + 0 + 0,1/1,92 + 0,075/0,14+0,25/0,29+0,05/0,19 + 0,05/0,33 + 1/8,7 ) )*0,031 = 0,033м ~0,035м

Выполним проверку R0 = 1/17 + 0 + 0,1/1,92 + 0,075/0,14+0,035/0,031 + 0,25/0,29 + 0,05/0,19  + 0,05/0,33 + 1/8,7= 3,17

3,17 ≥ 3,107, условие выполнено, для того чтобы в здании была хорошая теплопроводность стены, толщина утеплителя (Пенополистирол экструзионный «Пеноплекс») должна быть 0,035м

 

Расчет  для конструкции (г), необходимо вычислить  потребную толщину утеплителя, для  хорошей теплопроводности данной конструкции 

δут

100

30

10

г) - конструкция совмещенного покрытия здания:

1) Ж/б плита

2) утеплитель;

3) цементная стяжка;

4) рубероид

 

Для определения толщины  утеплителя (г) нам нужно вычислить  δ2,

δ2=( R0-(aa

т.к. мы должны выполнить  условие  , то в формулу подставляем Rreq, получаем δ2=( Rreq -(aa

δ2= (3,541-(1/23+0+0,1/1,92+0,03/0,76+0,01/0,17+1/8,7))*0,031= 0,1м

Выполним проверку R0 = 1/23+0+0,1/1,92+0,1/0,031+0,03/0,76+0,01/0,17+1/8,7= 3,53

3,53 ≤ 3,541, условие не выполнено, необходимо увеличить толщину утеплителя. Возьмем 0,15м и проверим

Выполним проверку R0 = 1/23+0+0,1/1,92+0,1/0,031+0,03/0,76+0,015/0,17+1/8,7= 3,56

3,56 ≥ 3,541, условие выполнено для того чтобы в здании была хорошая теплопроводность стены, толщина утеплителя (Пенополистирол экструзионный «Пеноплекс») должна быть 0,15м

 

Таблица 3. - Теплофизические показатели материала слоев наружной ограждающей конструкции для жилого здания

№

п/п

Материал

δ, м

ρ,

кг/м3

λ,

Вт/(м.оС)

S

Вт/(м2.оС)

1

2

3

4

5

6

Конструкция наружной стены

Известково-песчаная штукатурка

0,15

1600

0,7

8,69

Шлакопемзобетон

0,9

1400

0,44

6,87

Конструкция многослойной наружной стены

Шлакопемзобетон

0,25

1400

0,44

6,87

Пенополистирол экструзионный  «Пеноплекс»

0,04

45

0,031

0,4

Воздушная прослойка

10

     

Шлакопемзобетон

0,12

1400

0,44

6,87

Конструкция перекрытия над подвалом

Ж/б плита

0,1

2500

1,92

17,98

Лага деревянная

0,075

500

0,14

3,87

Утеплитель

0,035

45

0,031

0,4

Настил из доски

0,035

500

0,29

5,56

ДВП

0,05

800

0,19

5,49

Линолеум

0,05

1600

0,33

7,52

Конструкция покрытия

Ж/б плита

0,1

2500

1,92

17,98

Утеплитель

0,15

45

0,76

9,6

Цементная стяжка

0,03

1800

0,031

0,4

Рубероид

0,01

600

0,17

3,53


 

Таблица 4. - Результаты  расчета ограждающих конструкций.

 

Ограждающие конструкции

Сопротивление теплопередаче

1

2

3

Наружные стены

2,339

2,42

Конструкция многослойной наружной стены

2,339

2,43

Покрытие

3,541

3,56

Пол

3,107

3,17


 

Выполним  второе условие для жилых зданий

По санитарно-гигиеническому: расчетному температурному перепаду Δtо между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, определяемому по формуле (4)  СНиП  23-02;  при  этом  расчетный  температурный  перепад  не должен  превышать нормируемых величин Δtn установленных СНиП 23-02 (прил. 5);

минимальной температуре  внутренней поверхности, превышающей  температуру точки росы td при расчетных условиях внутри помещения; .(условие 2).

,                                                          (8)

где n —

коэффициент, учитывающий  зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций  по отношению к наружному воздуху  и приведенный в таблице 6; СНиП 23-02-2003

tint —

расчетная средняя температура  внутреннего воздуха здания, °С, принимаемая для расчета ограждающих  конструкций группы зданий

text —

расчетная температура наружного  воздуха в холодный период года, °С, для всех зданий, кроме производственных зданий, предназначенных для сезонной эксплуатации, принимаемая равной средней  температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по СНиП 23-01.

R0 —

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

aint —

коэффициент теплоотдачи  внутренней поверхности ограждающих  конструкций, Вт/(м2·°С), принимаемый по таблице 7, СНиП 23-02-2003.


 

Таблица 5 — Нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции (СНиП 23-02-2003 табл. 5)

Здания и помещения

Нормируемый температурный  перепад Dtn, °C, для

 

наружных стен

покрытий и чердачных  перекрытий

перекрытий над проездами, подвалами и подпольями

1. Жилые, лечебно-профилактические  и детские учреждения, школы, интернаты

4,0

3,0

2,0


 

Рассчитываем Δtо между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности для каждой ограждающей конструкции

Для наружных стен  = , °C

Δtо < Dtn,

, условие выполнено

Для конструкции многослойной наружной стены  = , °C

Δtо < Dtn,

, условие выполнено

 

Для покрытия = , °C

Δtо < Dtn,

, условие выполнено

 

Для полов = , °C

Δtо < Dtn,

, условие выполнено

 

Температуру внутренней поверхности tsi, °С, однородной однослойной или многослойной ограждающей конструкции с однородными слоями следует определять по формуле

tsi = tint - [n(tint - text)]/(Roaint) (СНиП 23-02-2003 п.9.1.13)и выполним условие    (9)

где n —

коэффициент, учитывающий  зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций  по отношению к наружному воздуху  и приведенный в таблице 6; СНиП 23-02-2003

tint —

расчетная средняя температура  внутреннего воздуха здания, °С, принимаемая для расчета ограждающих  конструкций группы зданий

text —

расчетная температура наружного  воздуха в холодный период года, °С, для всех зданий, кроме производственных зданий, предназначенных для сезонной эксплуатации, принимаемая равной средней  температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по СНиП 23-01.

R0 —

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

aint —

коэффициент теплоотдачи  внутренней поверхности ограждающих  конструкций, Вт/(м2·°С), принимаемый по таблице 7, СНиП 23-02-2003.

Микроклимат строящегося здания