Теоретические основы создания микроклимата в помещении

ФГОУ ВПО «Калининградский государственный технический университет»

Кафедра «Теплогазоснабжения и вентиляции»

 

Курсовая работа                                                              Курсовая работа защищена

допущена к защите                                                            с оценкой_____________

руководитель__________                                               руководитель___________                 

д.т.н. Герасимов А.А.________                                   д.т.н. Герасимов А.А._________

_________________2011 г.                                               _______________2011г.

 

Тема проекта:

Тепловой и воздушный  баланс здания

 

Курсовой работа по дисциплине:

“Теоретические основы создания микроклимата в помещении”

КР.270109.65ОВ

 

Нормоконтролер                                                              Проект выполнил

____________\__________                                              Студент гр. 08 ТВ_____

                                                                                           Махов  С.Ю.___________

                                                                                           ___________2011г.

Калининград 2011

1.Описание проектируемого  объекта

Проектируемый объект представляет собой двухсекционное четырёхэтажное здание со встроенным магазином.

Наименование объекта  –  жилой дом с магазином;

Пункт строительства –  г. Новосибирск;

Режим работы магазина –  с 8⁰⁰ до 21⁰⁰;

Высота этажа жилого дома – 2,7 м;

Размеры окна – 1,4 х 1,6 м;

Вариант конструкции наружной стены – IV;

Вариант конструкции перекрытия –VI ;

Отметка подвала  -  -2,6 м.

Географическое положение: г. Новосибирск, 56 град. с.ш.

 

В здании приняты следующие  конструктивные решения: наружные стены выполняются из известково-песчаного раствора, кирпича керамического, пенополистерола в качестве утеплителя. Безчердачное покрытие выполнено из ж/б плит, пароизоляции, плиты PAROC POP, цементной стяжки и вспученного перлита на битумной основе. Конструкция перекрытия между этажами: ж/б плита, пароизоляция, плита PAROC VL, воздушная прослойка, древесно-стружковая плита, сосновый паркет.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Расчетные параметры  наружного и внутреннего воздуха

2.1. Расчетные характеристики  наружного воздуха

Расчетные параметры наружного  воздуха определяются по СНиП 23.01-99 «Строительная климатология».

Таблица 1

Климатические данные: г. Новосибирск, 56 град. с.ш.

 

Наименования параметра, размерность	Обозначение	Значение
Барометрическое давление, кПа	PВ	99
Продолжительность отопительного  периода, сут.	zht	230
Средняя температура отопительного  периода, °C	tayext	-8,7
Температура наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92, °C	text	-39
Среднесуточная температура  в июле, °C	textVII	19,0
Средняя амплитуда суточных колебаний, °C	Atext	11,4
Параметры климата категории  А: ТП Температура, °C                                                                          Энтальпия, кДж/кг Скорость ветра, м/c ХП Температура, °C                                                                          Энтальпия, кДж/кг Скорость ветра, м/c   Параметры климата категории  Б: ТП Температура, °C                                                                          Энтальпия, кДж/кг Скорость ветра, м/c ХП Температура, °C                                                                          Энтальпия, кДж/кг Скорость ветра, м/c	tАext hАext vАext   tАext hАext vАext       tБext hБext vБext   tБext hБext vБext	22,7 50,2 1   -24 -23 3,7       28,4 54,8 1   -39 -38,9 2,7

 

 

 

 

 

 

 

2.2.Параметры микроклимата  в помещении

Метеорологические условия  в пределах допустимых и оптимальных  норм в обслуживающей зоне (ОЗ) приняты по ГОСТ 30494-96 [2] (см. также [ табл. П.1, П.2]) на нижней границе допустимого диапазона для обслуживаемой зоны помещения соответствующей категории, кроме помещений, для которых метеорологические условия установлены другими нормативными документами.

Температуру воздуха в  помещениях следует принимать :

а) для теплого периода  года(ТП) при проектировании вентиляции в пом. с избытком явной теплоты –максимальную из допустимых температур , а при отсутствии избытков теплоты- экономически целесообразную в пределах допустимых температур по данным талбл. П.1 и П.2;

б) для ХП и ПП при проектировании отопления и вентиляции- экономически целесообразную в пределах допустимых температур по данным табл. П.1 и П.2.

Скорость движения и отн. влажность воздуха следует принимать по данным табл. П.1 и П.2 на уровне допустимых значений.

 

Расчетные параметры внутреннего  воздуха для проектирования отопления  и вентиляции представлены в табл. 2.

 

Таблица 2                                                                                .

Наименование	Период	Отопление	Вентиляция
помещения	года	температура	Температура	Отн. Влажность	Подвижность	ПДКОЗ по СО2
		ºС	ºС	%	м/С	мг/м^3
Торговый зал	ТП		25,7	60	0,3	1,9
(кат 3в )	ХП	18	20	60	0,3	1,9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.Теплотехнический  расчет ограждений

Теплотехнический расчет наружных ограждений следует проводить, руководствуясь главой СНиП 11-3-79 «Строительная теплотехника» [4] и руководством по теплотехническому расчету и проектированию огр. констр. зданий  [7].

 

3.1. Требуемое сопротивление  теплопередаче.

3.1.1,Наружные ограждения

Определяем условия эксплуатации наружных ограждений – зона влажности  г. Новосибирск   сухая [5, прил.1], следовательно, условия эксплуатации – А [5, прил.2].

 

Наружная стена. Конструкция наружной стены показана на рис. 1.

 

рис.1

В табл. 3 представлены теплофизические свойства материалов, используемых в конструкции наружной стены.

 

Таблица 3

Номер слоя	Материал	Толщина d, мм	Плотность r, кг/м3	Теплопроводность l, Вт/(м× оС)	Теплоусвоение S, Вт/(м2× оС)	Сопротивление R, (м2× оС)/Вт
1	Известково-песчаный раствор	20	1600	0,7	8,69	0,029
2	Кирпич керамический	380	1200	0,47	6,16	0,81
3	Пенополистирол	по расчету	100	0,041	0,65	-

 

 

 

 

 

 

 

 

Данные для  расчета:

 

Зона Влажности – Н - нормальная

t_ext = -39°C, t^ay_ext = -8,7°C  , z_ht = 230 сут. , t_int = 19°C

 

Определяем минимально допустимое сопротивление теплопередаче  наружного ограждения R_о^min,  м²×К/Вт

 

( t_int - t_ext )×n

R_o^min = ¾¾¾¾¾¾ ,

Dtⁿ×a_int

 

где t_ext — расчетная зимняя температура наружного воздуха, ^oС, равная температуре наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92 (Табл. 1); Dtⁿ — нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, ^oС, принимаемый Dt ⁿ=4 по табл. П.6 [4,табл. 2^*]; n — коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху, принимаемый n = 1 по табл. П.7 [4,табл. 3^*]; t_int - расчетная температура внутреннего воздуха для отопления; a_int - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемый a_int =8,7 по табл. П.8

              

                        R_o^min = ((19 + 39)×1)/ 4×8,7 =1,67  м²×°C /Вт 

                                       

Определяем минимальное  приведенное сопротивление теплопередаче  из условий энергосбережения по данным табл. П.5. В дальнейших расчетах в  качестве R_o^min принимается большее из полученных двух значений.

 Записываем уравнение   общего сопротивления теплопередаче  многослойной ограждающей конструкции  и решаем это уравнение относительно  неизвестной толщины слоя d_у пенополистирола:

 

R_o^r = 1/a_int + åd_i/l_i + R_в.п. + 1/a_ext ,      (3.2)

где R_в.п. — термическое сопротивление теплопередаче замкнутых воздушных прослоек, принимаемое R_в.п=0,14 по табл. П.13 [4, прил. 4]; a_ext - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для зимних условий, принимаемый a_ext =23 Вт/ м²×°C по табл. П.9 [4, табл.6^*].

R_i =åd_i/l_i

             R₁ = d₁/l₁ = 0,02 /0,7=0,029 (м²× °C)/Вт

            R₂ = d₂/l₂ = 0,38 /0,47=0,81 (м²× °C)/Вт

            R₃ = d₃/l₃ = d₃/0,041

           R_o^r =1/8,7 + 0,029 + 0,81 +d₃/0,041 +1/23

        Должно выполняться условие R_o^r ≥ R_o^min

 

Градусосутки отопительного периода (ГСОП)	Приведенное сопротивление  теплопередаче ограждающие конструкции (стен)  Roreg , (м2× °C)/Вт
6000	3,5
8000	4,2

              Нормируемые сопротивления при  теплопередаче  ограждающие конструкции  (СНиП 23-02-2003)

D_d = ( t_int - t^ay_ext) *z_ht

D_d = (19+8,7)*230=6371

 

 

 

 

             Метод интерполяции:   (4,2-3,5)/(8000-6000)*(6371-6000)=0,129

R_o^reg =3,5 + 0,129=3,63 (м²× °C)/Вт

 R_o^r ≥ R_o^reg ; 3,63 = 0,997 + d₃/0,041, d₃ = 107,9 мм

           Принимаем  плиту пенополистирола с толщиной d=110 мм;

R₃ = d₃/l₃ = 0,11/0,041 =2,68 (м²×°C)/В

   Фактическое сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции R^reg_o =1/8,7 + 0,029 + 0,81 + 2,68 +1/23=3,7 (м²×°C)/В

Конечная толщина стенки d_к =510 мм (0,51 м)

Рассчитываем  показатель тепловой инерции D.

D = å (R_i×S_i   ),       

где S_i — расчетный коэффициент теплоусвоения материала i-го слоя ограждающей конструкции, Вт/(м²×К); (для воздушной прослойки S_в.п. = 0).

             

          D=0,029∙8,69+0,81∙6,16+2,68∙0,65=6,98 Вт/(м²×К)

 

Проверяем возможность  конденсации влаги на внутренней поверхности наружного ограждения.

 

            Температура внутренней поверхности  ограждающей конструкции t_int ^оС, равна

t_int = t_int - (t_int - t_ext)n/(R^reg_o*a_int), 

                                                        t_int = 19 - (19+39)*1/(3,63 *8,7) = 17,2  ^оС

Температура внутренней поверхности  ограждения в наружном углу t_int.y  приближенно равна

 

                                           t_int.y = t_int - 0,18(1 - 0,23R^reg_o)(t_int - t_ext)

 

                               t_int.y = 17,2 - 0,18(1 - 0,23∙3,63)(19+39)=15,5 ^оС

            Для предотвращения конденсации влаги t_int, t_int.y температуры должны быть выше температуры точки росы t_d внутреннего воздуха. t_d =12 ^оС. Следовательно, конденсации влаги не будет.

3.1.2.Теплозащита заполнений световых проемов и дверей

 

По данным табл. П.10 выбирают вид заполнения светового проема и выписывают фактическое сопротивление теплопередаче R_o.

Требуемое сопротивление  теплопередаче дверей и ворот  должно быть не менее 0,6R_o^min наружных стен зданий и сооружений.

 

Градусосутки отопительного периода (ГСОП)	Приведенное сопротивление  теплопередаче ограждающие конструкции (перекрытия)  Roreg , (м2× °C)/Вт
6000	0,6
8000	0,7

 

 

 

D_d = ( t_int - t^ay_ext) *z_ht                                                       

D_d = (19+8,7)*230=6371

 

 

 

             Метод интерполяции:  ((0,7-0,6)/(8000-6000))*(6371-6000)=0,019

R_o^reg =0,6 + 0,019=0,62 (м²× °C)/Вт

Выбираем     R_o^reg =0,65  (м²× °C)/Вт - двухкамерный стеклопакет из стекла с твёрдым селективным покрытием и заполнением аргоном;

Для дверей R_o^reg  >=0,6* R_o^min   наружной стены, то принимаем R_o^reg  равным:

R_o^reg =0,6*1,67=1,002 (м²× °C)/Вт

 

3.1.3. Теплотехнический  расчет перекрытия между этажами.

 

 

Перекрытие. Конструкция перекрытия между этажами показана на рис. 2.

 

 

 

В табл. 4 представлены теплофизические свойства материалов, используемых в конструкции перекрытия между этажами.

 

Таблица 4

Номер слоя	Материал	Толщина d, мм	Плотность r, кг/м3	Теплопроводность l, Вт/(м× оС)	Теплоусвоение S, Вт/(м2× оС)	Сопротивление R, (м2× оС)/Вт
1	Железобетонная плита d=120	180	2500	1,92	17,98	0,15
2	Рубероид пароизоляционный	4	600	0,17	3,53	0,0294
3	Плита PAROC VL	по расчету	100	0,041	0,41	0,05
4	Воздушная прослойка	30				0,15
5	Древесностружковая плита	25	800	0,19	5,49	0,12
6	Паркет сосновый	15	500	0,29	5,56	0,32

 

 

 

Определяем минимально допустимое сопротивление теплопередаче R_о^min,  м²× ^оС /Вт

 

 

( t_int - t_ext )×n

R_o^min = ¾¾¾¾¾¾ ,

Dtⁿ×a_int

где t_ext — расчетная зимняя температура наружного воздуха, ^oС, равная температуре наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92 (Табл. 1); Dtⁿ — нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, ^oС, принимаемый Dt ⁿ = 2 по табл. П.6 [4,табл. 2^*]; n — коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху, принимаемый n = 0,4 по табл. П.7 [4,табл. 3^*]; t_int - расчетная температура внутреннего воздуха для отопления; a_int - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемый a_int =8,7 по табл. П.8

                      

                        R_o^min = ((19+39)×0,4)/2×8,7 =1,33  м²×°C /Вт 

 

Определяем минимальное  приведенное сопротивление теплопередаче  из условий энергосбережения по данным табл. П.5. В дальнейших расчетах в  качестве R_o^min принимается большее из полученных двух значений.

 Записываем уравнение   общего сопротивления теплопередаче  многослойной ограждающей конструкции  и решаем это уравнение относительно  неизвестной толщины слоя d_у утеплителя минеральной ваты

                   R_o^r = 1/a_int + åd_i/l_{i .} + 1/a_ext ,      

a_ext - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для зимних условий, принимаемый a_ext =17 Вт/ м²×°C по табл. П.9 [4, табл.6^*].

 

Термическое сопротивление  ограждающих конструкций с неоднородными  слоями (пустотные блоки, камни, многопустотные панели перекрытий и др.) определяем следующим образом:

а) плоскостями, параллельными  направлению теплового потока, ограждающая  конструкция (или часть ее) условно  разрезается на участки, из которых  одни участки могут быть однородными (однослойными) — из одного материала, а другие -неоднородными — из слоев с различными материалами, термическое сопротивление ограждающей  конструкции R^ll, определяется по формуле

 

      

 

где А _i - площадь i-го участка в направлении, перпендикулярном тепловому потоку, м²; R_i — термическое сопротивление i-го участка конструкции, определяемое по формуле (3.4) для однородных участков и по формуле (3.5) для неоднородных участков.

 

R_i = d_i/l_i,

R_{i = ∑} R_ij + R_в.п.

где R_ij — термическое сопротивление j-го слоя i-го участка конструкции, определяемое по формуле (3.4); R_в.п. — термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки;

б) плоскостями, перпендикулярными направлению теплового потока, ограждающая конструкция или часть ее, принятая для определения R^II, условно разрезается на слои, из которых одни могут быть однородными — из одного материала, а другие неоднородными - из однослойных участков разных материалов.

 

 

l_ср^{^} = (0,8*d*l+1,92*0,2*d*l)/(1,2*d*l)=1,208/1,2=0,99 Вт/( м× °C)

 

R _ср^{^} =0,22/0,99=0,147(м²× °C)/Вт

 

 

R^II =1,2*δ*d/((3,14*d²)/0,8+(4,8*δ*d – 3,14*d²)/0,432)=

=1,2*0,22/(0,628+1,27) =0,139 (м²× °C)/Вт

 

R₁ =  (R^II + 2R^{^})/3, то

 

 R₁ =(0,139+2*0,222)/3=0,194(м²× °C)/Вт

 

Определим термические сопротивления  каждого из слоев:

 

R_i =åd_i/l_i

 

R₂ = d₂/l₂ = 0,008 /0,17=0,047 (м²× °C)/Вт

R₃ = d₃/l₃ = d₃/0,064

R₄ = 0,15

R₅ =d₅/l₅=0,03/0,14 =0,214 (м²× °C)/Вт

R₆ = d₆/l₆ = 0,012 /0,18 =0,066 (м²× °C)/Вт

R_o^r =1/8,7 +0,194+ 0,047 + d₃/0,064+0,15 +0,214 + 0,066 +1/17

        Должно выполняться условие R_o^r >= R_o^min

         

Градусосутки отопительного периода (ГСОП)	Приведенное сопротивление  теплопередаче ограждающие конструкции (перекрытия)  Roreg , (м2× °C)/Вт
6000	4,6
8000	5,5

Нормируемые сопротивления  при теплопередаче  ограждающие  конструкции 

D_d = ( t_int - t^ay_ext) *z_ht

D_d = (19+8,7)*230=6371

 

 

 

           

 Метод интерполяции:   (5,5-4,6)/(8000-6000)*(6623,4-6000)=0,28

         R_o^reg =4,6 + 0,28=4,88 (м²× °C)/Вт

         R_o^r = R_o^reg ; 4,88 = 0,845 + d₃/0,064  , d₃ =80 м.

          

Принимаем  минеральную вату с толщиной d=80 мм

R₃ = d₃/l₃ = 0,3 /0,064 =1,789 (м²×°C)/Вт

           Фактическое сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции

R_o =1/8,7 +0,192+ 0,047 + 3,33+0,15 +0,167 + 0,052 +1/17=5,53 (м²×°C)/Вт

Рассчитываем  показатель тепловой инерции D.

D = å (R_i×S_i   ),       

где S_i — расчетный коэффициент теплоусвоения материала i-го слоя ограждающей конструкции, Вт/(м²×К); (для воздушной прослойки S_в.п. = 0).

             

          D=0,114*17,98+0,047*3,53+4,6875*0,73+0,214*5,56+0,066*6,9=3,79 Вт/(м²× ^оС)

Проверяем возможность  конденсации влаги на внутренней поверхности наружного ограждения.

 

            Температура внутренней поверхности  ограждающей конструкции t_int ^оС, равна

t_int = t_int - (t_int - t_ext)n/R^reg_o*a_int, 

                                                        t_int = 19 - (19+39)*0,4/(5,53 *8,7 )= 17,47 ^оС

            Для предотвращения конденсации  влаги t_int температура должна быть выше температуры точки росы t_d внутреннего воздуха, t_d =12 ^оС. Следовательно, конденсации влаги не будет.

 

 

3.1.5. Теплотехнический расчет бесчердачного покрытия

Конструкция бесчердачного покрытия показана на рис. 3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В табл. 5 приведены основные теплофизические свойства материалов, из которых состоит покрытие.

 

 

Таблица 5

Номер слоя	Материал	Толщина d, мм	Плотность r, кг/м3	Теплопроводность l, Вт/(м× оС)	Теплоусвоение S, Вт/(м2× оС)	Сопротивление R, (м2× оС)/Вт
1	Железобетонная плита d=120	180	2500	1,92	17,98	0,15
2	Пароизоляция Рубероид	6	600	0,17	3,53	0,0294
3	Плита PAROC POP	по расчету	150	0,052	0,89	0.05
4	Цементная стяжка	15	1800	0,76	9,6	0,0263
5	Вспученный перлит на битумной основе	12	300	0,09	1,84	0,04

 

Определяем минимально допустимое сопротивление теплопередаче R_о^min,  м²× ^оС /Вт

 

 

                        ( t_int - t_ext )×n

R_o^min = ¾¾¾¾¾¾ ,        

                           Dtⁿ×a_int

 

где t_ext — расчетная зимняя температура наружного воздуха, ^oС, равная температуре наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92 (Табл. 1); Dtⁿ — нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, ^oС, принимаемый Dt ⁿ = 3 по табл. П.6 [4,табл. 2^*]; n — коэффициент по табл. П.7 [4,табл. 3^*]; t_int - расчетная температура внутреннего воздуха для отопления; a_int - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции,принимаемый a_int =8,7 по табл. П.8