Расчет тепловой защиты помещения. 3

Министерство  образования

Российской  Федерации

 

Санкт-Петербургский  государственный архитектурно-строительный университет

 

 

 

Кафедра физики

 

 

Дисциплина: Строительная физика

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая  работа

 

 

Расчет тепловой защиты помещения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Работу  выполнила

студентка группы 4ПГСу-2

Бронькивская  Т.В.

Проверил

Усов Сергей Сергеевич

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2011

 

 

Оглавление 

 

 

              1. Выборка исходных данных 3

 

1.1 Климат местности 3

1.2 Параметры микроклимата помещения 3

1.3 Теплофизические характеристики  материалов 4

 

2. Определение точки росы 4

 

3. Определение нормы тепловой защиты 5

3.1 Определение нормы тепловой защиты  по условию энергосбережения 5

3.2 Определение нормы тепловой защиты по условию санитарии 5

3.3 Норма тепловой защиты 5

 

4. Расчет толщины утеплителя 5

 

5. Проверка внутренней поверхности  ограждения на выпадение росы 6

 

6. Проверка на выпадение росы  в толще ограждения 7

 

7. Проверка влажностного режима  ограждения 8

 

8. Проверка ограждения на воздухопроницание 9

 

Заключение 11

Список  используемой литературы 11

 

  График 1. Распределение температур

  График 2. Распределение упругостей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Выборка исходных данных

Пункт строительства – г. Тюмень

 

1.1. Климат местности

1. Средние месячные температуры, упругости водяных паров воздуха и максимальные амплитуды колебания температуры воздуха.

 

Величина	Месяц
	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
tн ,˚C	-16,6	-14,8	-8,0	2,7	10,7	16,7	18,6	16,0	10,1	1,8	-7,4	-14,4
eн , Па	160	170	250	520	730	1190	1450	1350	950	550	320	200
Аtн, ˚C	29,2	20,8	25,7	25,3	25,3	24,4	22,1	25,6	23,6	22,4	21,8	23,9

 

2. Температура воздуха, ˚C:

                    -средняя наиболее холодной пятидневки    –37 ˚C

                    -средняя отопительного периода                  –7,5 ˚C

 

3. Продолжительность периода, сут.:

                    -влагонакопления         168

                    -отопительного             220

 

4. Повторяемость П и скорость  ветра [v]

Месяц	Характеристика	РУМБ
		С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ
Январь	П, %	3	3	4	11	22	33	16	8
	v, м/с	2,5	2,2	2,5	3,4	3,8	3,9	3,8	3,4
Июль	П, %	19	10	7	8	6	12	14	24
	v, м/с	2,9	2,9	2,6	2,6	2,3	2,7	3,1	3,4

 

 

1.2. Параметры микроклимата помещения

Школа:

t_в = +21˚С

φ_в = 57 %

H_зд. = 23м

 

 Разрез рассчитываемого ограждения:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3. Теплофизические характеристики  материалов

1. При t_в=+21˚С и относительной влажности φ_в=58 %, в помещении нормальный режим влажности.

 

Режим	Влажность внутреннего воздуха, %, при  температуре
	до 12°С	св. 12 до 24°С	св. 24°С
Сухой	До 60	До 50	До 40
Нормальный	Св. 60 до 75	Св. 50 до 60	Св. 40 до 50
Влажный	Св. 75	Св. 60   до  75	Св.  50   до   60
Мокрый	–	Св. 75	Св. 60

 

2. г. Тюмень расположен в сухой зоне влажности (зона 3).

 

3. Условия эксплуатации ограждающей конструкции = А.

 

Влажностный режим помещений	Условия эксплуатации А и Б в зонах влажности
	сухой	нормальный	влажный
Сухой	А	А	Б
Нормальный	А	Б	Б
Влажный или мокрый	Б	Б	Б

 

4.Характеристика  материалов:

 

№ слоя	Материал слоя	№ позиции по прил. 3	Плотность ρо, кг/м3	Коэффициенты
				Теплопроводности  λ, Вт/(м*К)	Паропроницания μ,мг/(м*ч*Па)
1	Плиты из гипса	60	1000	0,29	4,62
2	Пемзобетон	92	1600	0,62	8,54
3	Плиты минераловатные на синтетическом связующем	34	200	0,076	1,01
5	Кирпич глиняный на цементно - песчаном растворе	162	1800	0,7	9,2

 

В конструкции имеется воздушная  прослойка, термическое сопротивление  которой  =0,17 (м²·°С)/Вт

 

2. Определение точки росы

 

E_в=2486 Па при t_в=+21ºС.

Определяем  фактическую упругость водяных  паров при заданной относительной влажности воздуха:

Данная  упругость водяных паров соответствует  точке росы t_р=12,2ºС.

 

 

 

 

 

3. Определение нормы тепловой защиты

3.1.Определение нормы тепловой  защиты по условию энергосбережения

 

1.В  заданном городе градусо-сутки отопительного периода:

 

2. Постоянные линейного уравнения  для определения приведенного  сопротивления стены школы:

  м²·К/Вт              м²/Вт·сут

 

3. Определение нормы тепловой защиты по условию энергосбережения:

(м²·К)/Вт

 

3.2. Определение норм тепловой  защиты по условию санитарии

 

1. Определение нормативного перепада между температурой воздуха в помещении и температурой на внутренней поверхности ограждающей конструкции: = 4,0 ºС.

2. Коэффициент, учитывающий степень контактности ограждения с наружным воздухом n=1

3. Коэффициент теплопередачи на внутренние поверхности стены α_в=8,7Вт/(м²·К)

4. Максимально допустимое сопротивление теплопередаче (требуемое) по условию санитарии:

(м²·К)/Вт

 

3.3. Норма тепловой защиты

 

Из  вычисленных значений сопротивлений теплопередачи – экономической и санитарной к реализации принимаем наибольшее из них, назвав требуемым.

(м²·К)/Вт      (м²·К)/Вт

(м²·К)/Вт

 

4. Расчет толщины утеплителя

 

1.Коэффициент  теплоотдачи зимой на наружной  поверхности стены

α_н=23Вт/(м²·К)

2.Сопротивление  теплообмену на:

– внутренней поверхности стены

(м²·К)/Вт

– наружной поверхности стены (на улице)

 (м²·К)/Вт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.Термического сопротивления слоев  конструкции с известными толщинами:

(м²·К)/Вт

(м²·К)/Вт

(м²·К)/Вт

(м²·К)/Вт

4. Минимальное допустимое (требуемое)  термическое сопротивление расчетного  слоя (утеплителя):

 

R_ут^тр =  R_о^тр - (R_в + R_н + ΣR_{i из})  (м²*К/Вт)

где ΣR_{i из} – суммарное сопротивление слоев с известными толщинами.

 

 (м²*К/Вт)

 

5. Толщина утепленного слоя:

 м

Округляем полученную величину до значения, кратного строительному модулю (для минераловатных слоев – 2 см)в большую сторону. Тогда м = 20см

 

6. Термическое сопротивление расчетного слоя после унификации (округления до модуля):

(м²·К)/Вт

 

7.Общее  сопротивление теплопередаче

(м²·К)/Вт

=> > _{условие выполняется.}

 

5. Проверка внутренней поверхности ограждения на выпадение росы

 

1. Температура на внутренней поверхности ограждения:

 

, роса не будет выпадать на стене.

 

2.Термическое  сопротивление конструкции:

 

 (м²·К)/Вт

>2,2 , следовательно в формулу  подставляем  =2,2.

 

3. Температура в углу наружных  стен:

С

 

, роса не будет выпадать  в углах.

 

 

 

6. Проверка выпадения росы в толще ограждения

 

1. Сопротивление паропроницанию слоев:

(м²·ч·Па)/мг,

 (м²·ч·Па)/мг,

(м²·ч·Па)/мг,

(м²·ч·Па)/мг,

конструкции в целом:

 (м²·ч·Па)/мг

 

2. При среднеянварской температуре на улице на внутренней поверхности будет температура

,

которой будет соответствовать упругость  насыщенных водяных паров  (по приложению 1 Методических указаний).

3. Графическим методом находим  изменение температуры по толще  ограждения при средней температуре  самого холодного месяца (января). Для этого строим график 1: по  оси абсцисс последовательно  откладываем значения сопротивлений R_в, R₁,…R₄, R_н, составляющих в целом R_о. Через концы полученных отрезков проводим вертикальные тонкие линии. На оси ординат откладываем значение температуры внутреннего воздуха    t_в = 21 ˚С , а на линии, соответствующей концу R_н – значение средней температуры самого холодного месяца (января) t_нI = -16,6 ˚С. Точки t_в и t_нI соединяем прямой линией. По точкам пересечения линии с границами слоев определяем значения температур на границах:        τ_вI, t_1-21, t_2-3, t_3-4, τ_нI (см.график 1).

 

4. По температурам на границах  слоев, находим значения E для этих границ (приложения 1, 2 Методических указаний).

 

5. По аналогии с графиком 1, строим  график 2, только на координатных  осях R_п и Е.

По  всем границам слоев откладываем  найденные на графике 1 значения упругостей Е, из них Е_в^* соответствует τ_вI и расположена на границе с помещением, а Е_н^* соответствует τ_нI и расположена на границе с улицей.

 

6. На внутренней поверхности конструкции  (график 2) откладываем значение упругости  паров в помещении е_в=1417 Па, а на наружной – значение е_н = 0,9* Е_н^*=0.9*148=133.2. Соединяем полученные точки прямой линией.

 

7. В пределах слоя линия максимальной  упругости Е изменяется по вогнутой экспоненте, падающей при понижении температуры в сторону улицы без каких-либо провисаний.

 

8. Условием невыпадения росы в  толще является прохождение во  всех слоях линии Е выше линии е.

В нашем случае линия Е пересекает линию е. Поэтому требуется проверка влажностного режима помещения.

 

9. 7.3 По графику 2 сопротивление  паропроницанию слоев, расположенных  между внутренней поверхностью  ограждения и плоскостью конденсации R_пв = 0,24 м²*ч*Па/мг, а также между этой плоскостью и наружной поверхностью ограждения  R_пн = 0,013 м²*ч*Па/мг.

 

7. Проверка влажностного режима ограждения

1. Средние температуры:

– зимнего периода, охватывающего месяцы со средними температурами ниже -5ºС, t_зим;

– весенне-осеннего периода, охватывающего месяцы со средними температурами от –5 до +5ºС, t ;

– летнего периода, охватывающего месяцы со средними температурами более 5ºС, t_л°С;

– периода влагонакопления, к которому относятся месяцы со средними температурами 0ºС и ниже, t_вл4ºС.

 

2. Графическим способом находим значение температур в плоскости возможной конденсации, а по ним определяем значение E.

Период и его индексы	Месяцы	Число месяцев, z	Наружная температура периода,t,ºС	В плоскости конденсации
				t,ºС	E, Па
1-зимний	1,2,3,11,12	5	-12,24	-10,20	1243
2-весенне-осенний	4,10	2	+2,25	+3,3	774
3-летний	5,6,7,8,9	5	+14,42	+14,8	1682
0-влагонакопления	1, 2, 3, 11, 12	5	-12,24	-10,20	1243

 

3. Среднегодовая упругость водяных насыщающих паров в плоскости возможной конденсации:

 

 

 

4. Среднегодовая упругость водяных паров в наружном воздухе:

 

5.

 

 

Требуемое сопротивление паропроницанию внутренних слоев, которое исключает накопление влаги из года в год:

 

,

 

В увлажняемом слое не происходит накопления влаги из года в год.

 

6. Средняя упругость водяных паров в наружном воздухе для периода влагонакопления:

 

_, где z_о – число месяцев в периоде, имеющих .

 

 

 

7. Увлажняемый слой – минераловатные на синтетическом связующем толщиной  δ=0,20 м плотностью 200 кг/м³, допустимое приращение средней влажности .

 

Требуемое сопротивление паропроницания внутренних слоев, которое ограничивает прирост  влажности в увлажняемом слое в пределах

  м²*ч*Па/мг, где

 

δ – толщина увлажняемого слоя, м;

z_o – продолжительность периода влагонакопления, час;

ρ – плотность увлажняемого материала, м³/мг;

– допустимое приращение средней  влажности, % (по таблице 14 СНиП II-3-79*).

 

 м²·ч·Па/мг

 м²·ч·Па/мг < R_пв=0,24 м²·ч·Па/мг,

 

Увлажняющий слой не переувлажняется.

 

8. Проверка ограждения на воздухопроницание

 

1. Плотность воздуха:

в помещении:

на улице:

 

μ - молярная масса воздуха, равная 0,029 кг/моль;

Р - барометрическое давление, равное 101 кПа;

R - универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/(моль*К);

Т- температура воздуха, К

 

2.Температурный  перепад давления:

 

3.Расчетная  скорость ветра в январе месяце:

 ( )

 

4.Ветровой  перепад давления:

 

5. Суммарный перепад, действующий на ограждение:

 

6. Допустимая воздухопроницаемость стен промышленного здания:

G^н=0,5 кг/(м² ×ч).

 

7. Требуемое (минимально допустимое) сопротивление инфильтрации:

 м²·ч·Па/кг

 

8. Сопротивление воздухопроницанию, которым обладают слои:

                                                                                                                  

   по Приложению 9 СНиП II-3-79*

Номер слоя	Материал	Толщина слоя, мм	Пункт прил.9	Сопротивление Rиi, м2·ч·Па/кг
1	Плиты из гипса	16	20	20
2	Пемзобетон	340	35	480
3	Плиты минераловатные на синтетическом  связующем	200	25	2
5	Кирпич глиняный на цементно - песчаном растворе	120	6	2

 

504 м²·ч·Па/мг  >

 

Конструкция стены соответствует требованиям СНиП по теплопередаче на воздухопроницание.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Ограждение  отвечает требованию СНиП 23-02-2003.

 

Толщина расчетного слоя должна составлять 200 мм, что приводит к общей толщине стены 726 мм (с воздушной прослойкой).

 

Общее термическое сопротивление:

 

Масса 1 ограждения:

 

 

Коэффициент теплопередачи через стену:

 

Перепад давлений для инфильтрации составляет:

Список использованной литературы

 

1.	Методические указания ''Расчет тепловой защиты помещения''
2.	СНиП 23-01-99 ''Строительная климатология и геофизика''.
3.	СНиП 23-02-2003  ''Тепловая защита зданий''.