Теплотехнический расчет наружных ограждающих конструкций помещения

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский Национальный Технический Университет

 

 

Кафедра «Теплогазоснабжение и вентиляция»

Курсовой проект

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тема:

 

«Теплотехнический расчет наружных ограждающих конструкций помещения»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                     Выполнил: студент гр.110447

Ломако А. Н.

 

                                                                                   Проверила: Артихович Т. Б.

 

 

 

 

 

 

 

Минск -2009

Содержание

 

1.Исходные данные к курсовому проекту                                                                     3

2.Сопротивление теплопередаче  ограждающих конструкций                                4-5

3.Подбор толщины утеплителя.                                                                                     6

4.Проверка тепловой инерции ограждающей конструкции                                      7

5.Теплотехнический расчет заполнения оконного проема и подбор его конструкции                                                                                                                  8-10

6.Расчет тепловлажностного режима наружного ограждения                              11-15

7.Уточнение сопротивления теплопередачи  ограждающих конструкций с учетом  влажностного режима                                                                                                16-17

8.Расчет теплоустойчивости ограждающих конструкций и помещений         18-23

9. Литература                                                                                                                    24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Исходные данные к проекту.

 

Район строительства – г. Брест.

 

Назначение помещения – жилой дом.

 

Расчетные параметры воздуха в  помещениях жилых, общественных, административных и бытовых зданий и сооружений следует принимать по таблице 4.1 СНБ 2.04.01-97:

- расчетная температура воздуха, 

- относительная влажность воздуха, 

 

Влажностный режим помещений и  условия эксплуатации ограждающих  конструкций зданий и сооружений в зимний период следует принимать  по таблице 4.2 в зависимости от температуры  и относительной влажности внутреннего  воздуха:

 

Режим эксплуатации помещения: нормальный.

 

Условия эксплуатации Б.

 

Средние температуры наружного  воздуха наиболее холодных суток  обеспеченностью 0,92 и наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 для  данного района строительства принимаем  по таблице 4.3 СНБ 2.04.01-97:

- средняя температура наиболее  холодных суток

- средняя температура наиболее холодной пятидневки

 

Среднюю температуру наиболее холодных трех суток следует определять как  среднее арифметическое из температур наиболее холодных суток и наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92:

  

Средние параметры наружного воздуха  за отопительный период и его продолжительность следует принимать по таблице 4.4 СНБ 2.04.01-97:

- средняя температура,;

- продолжительность, сут;

- среднее парциальное давление  водяного пара,

 

Наибольшая средняя скорость по румбам с повторяемостью 16% и более  принимаем по таблице 4.5 СНБ 2.04.01-97:

- средняя скорость за январь, =3,7 ;

 

Стоимость тепловой энергии принимаемый по действующим ценам

 =3,35 руб/ГДж.

Стоимость материала  однослойной (теплоизоляционного слоя многослойной) ограждающей конструкции, принимаемый по действующим ценам  =73 руб/м3.

2.Сопротивление теплопередаче  ограждающих конструкций.

Сопротивление теплопередаче  ограждающих конструкций, за исключением заполнений  проемов и ограждающих конструкций помещений с избытками явной теплоты, следует принимать равным экологически  целесообразному , определяемому по формуле :

 

но  не меньше требуемого сопротивления  теплопередаче    , определяемого по формуле:

 

  и не менее нормативного сопротивления  теплопередаче    , приведенного в таблице 5.1 СНБ 2.04.01-97.

  Для данного проекта =2,5

где  - расчетная температура внутреннего воздуха, принимаемая по таблице 4.1  СНБ 2.04.01-97, ;

- расчетная температура  наружного воздуха, принимаемая  по таблице 4.4 СНБ 2.04.01-97 с учетом тепловой инерции D ограждающих конструкций по таблице 5.2 СНБ 2.04.01-97, ;

  n - коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху, принимаемый по таблице 5.3 СНБ 2.04.01-97, для наружных стен n=1;

- коэффициент  теплоотдачи  внутренней поверхности ограждающей  конструкции, принимаемый по таблице  5.4 СНБ 2.04.01-97.;

- расчетный перепад  между температурой внутреннего  воздуха и температурой внутренней  поверхности ограждающей конструкции,  принимаемый по таблице 5.5 СНБ 2.04.01-97. Для наружных стен;

- стоимость тепловой  энергии принимаемый по действующим ценам, руб/ГДж.;   

- продолжительность отопительного  периода, принимаемая по таблице  4.4 СНБ 2.04.01-97, сут.,

- средняя за отопительный период температура наружного воздуха, принимаемая по таблице 4.4 СНБ 2.04.01-97, ;

- стоимость материала однослойной (теплоизоляционного слоя) или многослойной ограждающей конструкции, принимаемый по действующим ценам, руб/м3,

λ- коэффициент теплопроводности материала однослойной (теплоизоляционного слоя) или многослойной ограждающей конструкции в условиях эксплуатации согласно таблице 4.2, принимаемый по обязательному приложению А.

По  приложению А СНБ 2.04.01-97 составляем таблицу 1 теплотехнических показателей используемых строительных материалов:

 

 

Таблица№1

№

Наименование материала 

p, кг/м3

Режим эксплуатации

δi, м

Теплотехнические показатели

Ri

Di

λ,

Вт/м0С

Ѕ,

Вт/м0С

μ,

мг/мчПа

1

Керамзитобетон

1800

Б

0,08

0,92

12,33

0,09

0,087

1,073

2

Мин.вата

100

Б

0,16

0,07

0,73

0,56

2,286

1,669

3

Керамзитобетон

1800

Б

0,06

0,92

12,33

0,09

0,065

0,801


 

Рассчитываем требуемое сопротивление  теплопередаче. Принимаем тепловую инерцию конструкции стены 1,5<D<4. Тогда за расчетную температуру наружного воздуха принимаем среднюю температуру холодных суток:

 

 
Рассчитываем экономически целесообразное сопротивление теплопередаче:

 
Анализируя полученные данные имеем:

 

Именно  это значение сопротивления теплопередачи мы и будем использовать в последующих расчетах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.Подбор толщины  утеплителя

 

Если  наружная стена представляет собой  многослойную ограждающую конструкцию, то сопротивление теплопередачи   определяется по формуле:

 

где - коэффициент  теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемый по таблице 5.4 СНБ 2.04.01-97.;

- коэффициент теплоотдачи,  наружной поверхности ограждающей конструкции для зимних условий, принимаемый по таблице 5.7 СНБ 2.04.01-97. Для наружных стен ;

Ri – термическое сопротивление ограждающей конструкции,.

Термическое сопротивление Ri многослойной ограждающей конструкции с последовательно расположенными однородными слоями следует определять по формуле:

=R1+R2+….+Rn,

где R1,R2,…,Rn – термические сопротивления отдельных слоев конструкции, определяемые по формуле:

 

где - толщина слоя, м;

- коэффициент теплопроводности  материала многослойной ограждающей  конструкции в условиях эксплуатации  согласно таблице 4.2, принимаемый  по обязательному приложению  А.

Для данной конструкции имеем:

 

 

 

,тогда м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.Проверка тепловой  инерции ограждающей конструкции.

 

Тепловую  инерцию   ограждающей конструкции  следует определять по формуле:

 

где - термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, м2 0С/Вт,  определяемые по формуле:

 

- расчетные коэффициенты  теплоусвоения материала отдельных  слоев ограждающей конструкции  в условиях эксплуатации, принимаемые  по обязательному приложению  А СНБ 2.04.01-97, Вт/м2 0С. Коэффициенты теплоусвоения материалов приведены в таблице:

 

Полученное  значение находится в установленных  пределах (от 1,5 до 4,0), что говорит  о правильном выборе температуры  наружного воздуха.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.Теплотехнический  расчет заполнения оконного проема  и подбор его конструкции

 

Сопротивление теплопередаче RТ заполнений световых проемов должно быть не менее требуемого сопротивления теплопередаче ., приведенного в таблице 5.6 СНБ 2.04.01-97, и не менее нормативного сопротивления теплопередаче RТ. норм., приведенного в таблице 5.1 СНБ 2.04.01-97.

 

.

По  приложению Г в СНБ 2.04.01-97 выбираем тип окна: тройное остекление в  деревянных раздельно-спаренных переплетах с сопротивлением

 

Сопротивление воздухопроницанию окон и балконных  дверей жилых и общественных зданий, а также окон и фонарей производственных зданий, должно быть не менее требуемого сопротивления  воздухопроницанию  
, определяемого по формуле (8.1) СНБ 2.04.01-97:

 
где -нормативная воздухопроницаемость ограждающих конструкций, принимаемая по таблице 8.1 СНБ 2.04.01-97:

.

- расчетная  разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций, Па, определяемая в соответствии с формулой:

,

где Н – расчет высота здания от центра рассчитываемого светового проема до устьев вытяжной шахты;

- удельный вес соответственно  наружного и внутреннего воздуха,  определяемый по формуле:

 

где t - температура воздуха,0C: внутреннего – согласно таблице 4.1 СНБ 2.04.01-97, tB=180C; наружного – равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по таблице 4.3 СНБ 2.04.01-97, tH= -210C;

-плотность наружного  воздуха, , определяемая по формуле:

 

-коэффициент учета изменения  скоростного давления ветра в  зависимости от высоты здания, принимаемый по СНиП 2.01.07 и проинтерполированный по высоте получаем:

;

;

;

 

 

- максимальная из средних  скоростей ветра по румбам  за январь, повторяемостью 16% и более,  м/с, принимаемая по таблице  4.5 СНБ 2.04.01-97.

=3,7;

-аэродинамические коэффициенты  соответственно наветренной и  подветренной поверхностей ограждений  здания, принимаемые по СНиП 2.01.07;

;

;

Рассчитываем и :

 
        

 

 

Принимаем пятиэтажное здание, высота этажа Н=3м. Найдем расчетную  разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций для каждого этажа:

 

 

 

 

 

Рассчитываем требуемое сопротивление  воздухопроницанию соответственно для пяти этажей здания:

 
 
 
 
 
С учетом допуска +20% по ТКП 45-2.04-43-2006 значения сопротивления воздухопроницанию  световых проемов должно быть в пределах:

 

 

 

 

 

Зная конструкцию окна и сопротивление  воздухопроницанию, выберем из приложения Д СНБ 2.04.01-97 число уплотненных  притворов и вид уплотнителя  для каждого из этажей соответственно:

1 этаж: тройное остекление в  раздельных переплетах с тремя  уплотненными притворами заполнения  и утеплителем из полушерстяного  шнура 

 

2 этаж: тройное остекление в  раздельных переплетах с двумя  уплотненными притворами заполнения  и утеплителем из полушерстяного  шнура 

 

3 этаж: тройное остекление в  раздельных переплетах с двумя  уплотненными притворами заполнения  и утеплителем из полушерстяного  шнура 

 

4 этаж: тройное остекление в  раздельных переплетах с двумя  уплотненными притворами заполнения  и утеплителем из полушерстяного  шнура 

 

5 этаж: тройное остекление в  раздельных переплетах с одним  уплотненным притворам заполнения  и утеплителем из губчатой резине

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.Расчет тепловлажностного режима  наружного ограждения.

 

Расчет тепловлажностного режима наружного ограждения ведем одновременно с графическим построением распределения  температур, парциальных давлений водяного пара и максимальных парциальных  давлений водяного пара в толще ограждения.

Определяем изменение температуры  по толщине ограждающей конструкции  для отопительного периода и  для расчетной температуры для нашей ограждающей конструкции по формулам:

 

 

где  ,- температура в плоскости возможной конденсации;

- средняя температура наружного воздуха за отопительный период, принимаемая по таблице 4.4 СНБ 2.04.01-97;

- расчетная температура  внутреннего воздуха, принимаемая  по таблице 4.1  СНБ 2.04.01-97, ;

- средняя температура наиболее холодных суток;

- термическое сопротивление  слоев ограждающей конструкции  от внутренней поверхности конструкции  до  плоскости возможной конденсации,  ,

- сопротивление теплопередаче  ограждающей конструкции, , следует определять по формуле:

 

где – термическое сопротивление отдельных слоев  ограждающей конструкции:

,

где - термические сопротивления отдельных слоев конструкции.

 

Рассчитаем температуру на границе  каждого слоя ограждения:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Полученные  значения температур наносим на график, в результате чего получаем ломаную  линию распределения температур.

Для графического определения температур после расчета общего сопротивления  теплопередаче на горизонтальной оси  откладывают все сопротивления, а по вертикальной – температуры  от расчетных  значений tв до tн .

Строим график распределения максимальных парциальных  давлений Е,Па, водяного пара в наружной стене, воспользуемся приложением Ж СНБ 2.04.01-97, зная температуры за отопительный период соответствующих точек, расчетные данные заносим в таблицу 2:

 

 

 

№ точки

,0С

t ,  0С

E, Па

e, Па

1

16,1

17,21

1963,67

1135

2

15,38

16,92

1927,4

-

3

14,66

16,61

1891,4

838,39

4

5,21

12,71

1469,74

-

5

-4,24

8,79

1132,04

-

6

-13,69

4,88

864,92

-

7

-23,14

0,97

655,62

743,04

8

-23,68

0,75

645,5

-

9

-24,22

0,52

634,92

521





Таблица 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определим сопротивление паропроницанию всего ограждения:

 

 

Для определения парциальных давлений на границе слоев используем формулу:

 

– парциальное  давление водяного пара в n-й плоскости, Па;

– суммарное сопротивление  паропроницанию слоя конструкции, заключенного между внутренней поверхностью и n-й плоскостью, ;

 

 

 

 

Полученные  значения заносим в таблицу 2, затем  на графике изобразим наружную стенку и распределение по толщине стены температур, парциальных давлений е и максимальных парциальных давлений Е водяного пара.

Наносим вычисленные  значения парциальных давлений водяного пара и давлений насыщения водяным  паром слоёв конструкции на миллиметровку.

Положение плоскости возможной  конденсации в ограждающей конструкции  следует определять по результатам  расчета температурного и влажностного полей в толще ограждающей  конструкции при средней температуре  наружного воздуха за отопительный период путем сопоставления значений расчетного и максимального парциальных  давлений водяного пара. Плоскостью возможной  конденсации следует считать  ближайшее к внутренней поверхности  конструкции сечение, перпендикулярное направлению теплового и влажностного потоков, для которого расчетное парциальное давление водяного пара выше максимального парциального давления водяного пара, соответствующего температуре ограждения в данном сечении. Зоной реальной конденсации следует считать зону, ограниченную на графике плоскостями, перпендикулярными направлению теплового и влажностного потоков, проходящими через точки пересечения кривой парциальных давлений насыщения с касательными, проведёнными из точек с ев и ен к данной кривой.

Из графика видно, что ломаная  парциальных давлений пересекает кривую насыщения в одной точке, образуя плоскость возможной конденсации. Поэтому определяем требуемое сопротивление паропроницанию в пределах от внутренней поверхности панели до плоскости возможной конденсации должно быть не менее требуемого сопротивления паропроницанию , определяемого по формуле:

 

где – сопротивление паропроницанию ограждающей конструкции в пределах от плоскости возможной конденсации до наружной поверхности ограждающей  конструкции, ;

-парциальное  давление водяного пара внутреннего  воздуха, Па, при расчетных температуре  и влажности этого воздуха,  определяемое по формуле:

,

где - расчетная относительная влажность внутреннего воздуха, принимаемая в соответствии по таблице 4.1 СНБ 2.04.01-97;

- максимальное парциальное давление водяного пара внутреннего воздуха, Па, при расчетной температуре этого воздуха tв=180С, принимаемое по приложению Ж. СНБ 2.04.01-97

– максимальное парциальное  давление водяного пара в плоскости  возможной конденсации, Па, определяем по графику.

– парциальное  давление водяного пара наружного воздуха  при средней температуре наружного воздуха за отопительный период, определяемое по таблице 4.4 СНБ 2.04.01-97;

 

 

 

Данная  конструкция панели не отвечает требованиям  СНБ 2.04.01-97 по сопротивлению паропроницанию, т.к.

 – сопротивление  паропроницанию ограждающей конструкции  в пределах от внутренней поверхности  до плоскости возможной конденсации

 

Для выполнения требований СНБ необходимо предусмотреть  пароизоляцию с сопротивлением паропроницанию:

 

=2,38-1,175=1,205;

 Наилучшим  материалом для пароизоляции  по приложению И СНБ 2.04.01-97 является  полиэтиленовая пленка толщиной δ=0,16 мм и

С учётом пароизоляции повторно определяем значения парциальных  давлений в толще ограждений конструкций  и строим график по новым значениям  парциальных давлений е. Для этого  по формуле определяем сопротивление  паропроницанию с учётом пароизоляционного  слоя:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.Уточнение  сопротивления теплопередачи ограждающих  конструкций с учетом влажностного  режима.

 

Согласно требованию ТКП для многослойной ограждающей конструкции после определения сопротивления теплопередачи надо выполнить тепловлажностный расчет ограждающей конструкции при расчетных параметрах внутреннего воздуха и средних параметрах наружного воздуха за отопительный период. Определяем среднее значение относительной влажности каждого слоя конструкции  и выполняем уточненный расчет сопротивления теплопередачи, приняв условия эксплуатации А материала слоя при средней относительной влажности воздуха в слое менее или равном 75% и условие эксплуатации Б, если относительная влажность больше 75%.

Для первого слоя:

 

 

 

Для второго  слоя:

 

 

 

 

 

 

Для третьего слоя:

 

 

 

 

Таблица№3

№

Наименование материала 

p, кг/м3

Режим эксплуатации

δi, м

Теплотехнические показатели

Ri

Di

λ,

Вт/м0С

Ѕ,

Вт/м0С

μ,

мг/мчПа

1

Керамзитобетон

1800

А

0,08

0,8

10,5

0,09

0,1

1,05

2

Мин.вата

100

А

0,16

0,052

0,42

0,56

3,08

1,294

3

Керамзитобетон

1800

Б

0,06

0,92

12,33

0,09

0,065

0,801


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.Расчет теплоустойчивости ограждающих конструкций и помещения.

 

Помещения, оборудованные системой отопления периодического действия, следует рассчитывать на теплоустойчивость в отопительный период года. Амплитуда колебаний температуры внутреннего воздуха АВ в течение суток не должна превышать 0С от расчетного значения.

Амплитуду колебаний температуры  внутреннего воздуха АВ, 0С, следует определять по формуле

 

где Q – теплопотери помещения, Вт, определяемые по СНиП 2.04.05

B1,B2,…Bn – коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/м2 , определяемые по формуле

 

где - коэффициент теплоотдачи у внутренней поверхности;

- коэффициент  теплоусвоения внутренней поверхности  ограждения, Вт/м2 ;

F1,F2,…Fn – площади внутренних поверхностей ограждения, м2

m – коэффициент неравномерности теплоотдачи системы отопления, принимаемый по таблице 6.1 СНБ 2.01.01-93;

Для данного проекта m=1,5. Система отопления: поквартирное водяное, продолжительность топки 6 часов.

Рассчитываем B и F для ограждающих конструкций помещения:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица№4

№

Наименование материала 

р, кг/м3

Режим эксплуатации

δi, м

Теплотехнические показатели

Ri

Di

λ,

Вт/м0С

Ѕ,

Вт/м0С

1

Керамзитобетон 

1800

А

0,08

0,8

10,5

0,1

1,05

2

Мин.вата

100

А

0,16

0,052

0,42

3,08

1,29

3

Керамзитобетон

1800

Б

0,06

0,92

12,33

0,065

0,8

4

Керамзитобетон

1600

Б

0,16

0,79

10,77

0,203

2,19

5

Полистирол-бетон

230

Б

0,25

0,085

1,26

2,941

3,71

6

Керамзитобетон

1600

А

0,16

0,67

9,06

0,239

2,17

7

Паркетная доска

700

А

0,015

0,18

5

0,083

0,415

8

Гипсобетон

1200

А

0,12

0,41

6,01

0,293

1,761


 

Наружная стена:

Если тепловая инерция первого слоя конструкции (считая от внутренней поверхности), определяемая по формуле ,  , а первого и второго слоев конструкции , коэффициент теплоусвоения следует определять по формуле:

 

т.к. D1=0,8<1, a

D1+D2=0,8+1,29=2,09>1 , то

 

 

 

 

 

Чердачное перекрытие:

 

 

 

Междуэтажное перекрытие:

 

Междуэтажное  перекрытие является многослойной несимметричной конструкцией, следовательно определяем положение ее условной середины для  которой тепловая инерция равна  половине тепловой инерции всей конструкции s=0

 

 

 

 

м

 

 

 

 

 

Внутренние стены:

 

 

Световой проем:

 

Коэффициент теплопоглощения B, для заполнения световых проемов следует определять по формуле:

 

Определяем  теплопотери помещения через  наружные ограждения конструкции и  теплопотери на вентиляцию данного  помещения при расчетных температурах внутреннего и наружного воздуха  для расчета отопления

 

Определяем теплопотери помещения  по СНиП 2.04.05:

 

где

 –теплопотери наружних  ограждений, Вт  ;

 – затраты теплоты  на нагревание наружного холодного  воздуха, поступающего по вентиляционным каналам (норма L = 3 м3/час на 1 м2 площади пола) , Вт. 

 

 

Заносим все данные в таблицу:

Таблица №5

Ограждающая

конструкция

Расчет теплопотерь

Расчет теплопоглащения

R,

(м2· 0С)/Вт

Fн,

м2

∆t *n,  0С

Q,

Вт

Yв, Вт/(м2·0С)

В, Вт/(м2·0С)

Fв, м2

В· Fв, Вт/0С

Наружная стена

3,4

23,95

41

288,85

10,5

4,76

20,63

98,2

Чердачное перекры-тие (потолок)

3,34

15,84

36,9

175

10,77

4,81

13,05

62,79

Оконный

проем

0,6

2,25

41

153,75

-

1,54

2,25

3,46

Перегородка

-

-

-

-

5,29

3,29

19,21

63,2

Междуэтажное перекрытие (пол)

-

-

-

-

6,04

3,56

13,05

46,46

Итого:  ∑Qогр                                               617,6

∑ В· Fв                                274,11