Тепловая защита зданий

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

 

 

Кафедра архитектурного проектирования

 

 

 

Расчетно-графическая  работа №1

"Тепловая защита  зданий"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

1.1.Исходные данные…………………………………………………..3

1.2.Расчет тепловой  защиты здания…………………………..............4

1.2.1.Первый этап расчета ………………….……………………........4

1.2.2.Второй этап расчета…………………….…..………….………...7

1.2.3.Третий этап расчета………….………..………….………………8

1.2.4.Вывод…….……………………..……..………….…………….…9

2. Определение температуры и положения точки росы в О.К………10

3. Заключение…………………………………………………………...11

         Приложение А…………………………………………………….12

         Приложение Б……………………………………………………..13

Список литературы……………………………………………………...14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Расчет наружной стены жилого здания

1. Исходные данные
• район строительства – г. Ульяновск;
• группа здания – жилая;
• расчетная средняя температура внутреннего воздуха жилого здания, t_int=22°C (по табл. 1, п. 5.2 СП 23-101-2004);
• относительная влажность внутреннего воздуха жилого здания, φ_int = 55% (по табл. 1, п. 5.2 СП 23-101-2004);
• расчетная температура наружного воздуха в холодный период года, °C, для всех зданий, кроме производственных зданий, предназначенных для сезонной эксплуатации, принимаемая равной средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 t_ext=-31°C (табл.1, СНиП 23-01-99* «Строительная климатология»).

Влажностный режим помещения  при t_int=22°C и φ_int = 55% соответствует влажностному режиму – нормальный (табл 1, п. 4.3 СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»). Далее определяем зону влажности на территории города по карте зон влажности территории РФ (прилож. В, СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»). Город Ульяновск относится к сухой зоне. По влажностному режиму помещения и зоне влажности района строительства мы определили условия эксплуатации О.К. – А. (табл. 2, п. 4.4 СНиП 23-01-99* «Строительная климатология»). Исходя из условия эксплуатации О.К., определяем коэффициенты теплопроводности материала слоев О.К. λ, Вт/(м·°C) (Рис.1).

Принимаю конструкцию  наружной стены, изображенную на рисунке .

1. Штукатурка, б = 20 мм;
2. Кирпич силикатный, б = 380 мм;
3. Маты минераловатные прошивные, б = х мм;
4. облицовочный керамический кирпич, б =120 мм.

 

1.2 Расчет тепловой защиты здания

1.2.1. На первом этапе расчета тепловой защиты здания необходимо определить толщину утеплителя для данного района строительства, для чего определяем градусо-сутки отопительного периода D_d, °С сут, по формуле:

                                   ,  (1)

 

где - градусо-сутки отопительного периода, °С сут;

 – расчетная средняя температура  внутреннего воздуха жилого здания, °С (п. 1.1, с. 3), =22°С;

- средняя температура наружного  воздуха, °С, отопительного периода,  принимаемая для периода со  средней суточной температурой  наружного воздуха не более  8°С, =-5,4°С, (табл.1, СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий»);

-  продолжительность, сут, отопительного  периода, принимаемая для периода  со средней суточной температурой  наружного воздуха не более  8°С, =212 сут. (табл.1, СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий»), тогда:    

D_{d =}(22- (-5,4))· 212= 5809 °С

сут

 

По значению по табл. 4, п. 5.3 СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» (для стены жилого здания)  определяем нормируемое значение сопротивления теплопередаче R_reg, м² °С/Вт. Так как значение не принимает табличной величины, то воспользуемся формулой (1) в этой же таблице, тогда

R_reg = a· D_d + b = 0,00035 · 5809 + 1,4 = 3,43м²

°С/Вт

где a и b - коэффициенты, значения которых  принимаем по данным таблицы для соответствующих групп зданий, для жилых, лечебно-профилактических и детских учреждений, школ, интернатов, гостиниц и общежитий они равны 0,00035 и 1,4 соответственно.

Далее определяем приведенное сопротивление теплопередаче R_o, м² °С/Вт, заданной многослойной О.К., которое должно быть не менее нормируемого значения R_reg, м² °С/Вт ( ). находим как сумму термических сопротивлений отдельных слоев с учетом сопротивлений теплопередаче внутренней и наружной поверхностей О.К. (R_si и R_se) по формуле:

R₀= R_si+ R₁+ R₂+ R₃+ R₄+ R₅ +R_se, (2)

 

где R_si и R_se соответственно равны: и ,

где - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности     О. К., Вт/(м² С), =8,7 Вт/(м² С), (табл.7 п. 5.8, СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»);

 

- коэффициент теплоотдачи наружной  поверхности О.К., Вт/(м² С), =23 Вт/(м² С), (табл.8, п. 9.1.2, СП 23-101-2004);

 

Таким образом, формула (2) принимает вид:

Так как , то подставляем числовые значения и получаем:

откуда выражаем х: 

 

Принимаю х=0,15 м., то есть округляю до ближайшей промышленно величины. Тогда:

 м²*°С/Вт;

Таким образом, общая  толщина О.К. составляет

Она обеспечивает требования тепловой защиты зданий по показателю «а», т.к. R₀ = 3,50 м² °С/Вт R_reg = 3,43м² °С/Вт.

 

1.2.2. На втором этапе расчета тепловой защиты здания необходимо определить расчетный температурный перепад , °С, между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности О.К., который не должен превышать нормируемой величины , °С. Для наружных стен жилых зданий °С (табл. 5, п. 5.8., СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»)

Расчетный температурный  перепад определяется по формуле 

, (3)

где n – коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху и принимаемый по табл. 6, п. 5.8 СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» ;

- нормируемый температурный перепад  между температурой внутреннего  воздуха  и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, °С, принимаемый по табл. 5, п. 5.8 СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»;

- коэффициент теплоотдачи внутренней  поверхности ограждающих конструкций,  Вт/(м² С), принимаемый по табл. 7, п. 5.8 СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»;

 – расчетная средняя температура  внутреннего воздуха жилого здания, °С, (п. 1.1, с. 3);

 – расчетная температура  наружного воздуха в холодный  период года, сезонной эксплуатации, принимаемая равной средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92, (п. 1.1, с. 3);

 – приведенное сопротивление  теплопередаче О.К., м² °С/Вт, исходя из условия, что , то , (п. 1.2.1, с 6).

Найдем значение параметров формулы:

n – коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху,

          n = 1;

=20°С,

=-34°С,

R₀=3,51 м² °С/Вт,

=8,7 Вт/(м² С), тогда, подставляя в формулу числовые значения, получаем:

°С

Таким образом, расчетный  температурный перепад 1,77°С не превышает нормируемого значения °С, что удовлетворяет первому санитарно-гигиеническому условию показателя «б».

3. На третьем этапе расчета тепловой защиты здания необходимо проверить выполнение требования второго условия санитарно-гигиенического показателя: температура внутренней поверхности О.К. должна быть не ниже температуры точки росы внутреннего воздуха при расчетной температуре наружного воздуха.

Температуру внутренней поверхности  , °С, многослойной О.К. следует определять по формуле:

 

, или (4)

,

 

где n – коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху;

- коэффициент теплоотдачи внутренней  поверхности ограждающих конструкций,  Вт/(м² С),

 – расчетная средняя температура  внутреннего воздуха жилого здания, °С,

 – 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,

 – приведенное сопротивление  теплопередаче О.К., м² °С/Вт,

Подставив в формулу  числовые значения, получим:

°С

При =20°С и =40% температура точки росы внутреннего воздуха 6 °С, (СП 23-101-2004).

Таким образом, температура внутренней поверхности О.К. 18,43 °С больше температуры точки росы внутреннего воздуха 6 °С, т.е. , что удовлетворяет второму санитарно-гигиеническому условию показателя «б».

1.2.4  Вывод: требования  СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита здания» «а» и «б» п. 5 выполнены, значит принятая О.К. удовлетворяет климатическим условиям г. Челябинск.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Определение температуры и положения точки росы в О.К.

 

Определим парциальное  давление водяного пара е, мм.рт.ст., используя  формулу для относительной влажности:

, отсюда выражаем                           (6)

 

где Е – максимальное парциальное давление водяного пара, определяем по таблице «Значения  максимального парциального давления водяного пара для различных температур» (Приложение Б).  Для t_int=20⁰C Е=17, 54 мм.рт.ст.

 - относительная влажность внутреннего воздуха жилого здания, φ=40%

е - парциальное давление водяного пара е, мм.рт.ст.

Подставим в формулу числовые значения:

Так как при температуре  точки росы парциальное давление водяного пара в данный момент равно максимальному давлению, т. е. е = Е = 7,016 мм.рт.ст. Из таблицы «Значения максимального парциального давления водяного пара для различных температур» (Приложение Б), используя формулу линейной интерполяции, находим:

⁰C

На графике по оси  ординат откладываем значение температуры  точки росы t_d=6,012 ⁰C и переносим полученную точку на схему О. К. до пересечения с графиком распределения температур по слоям.

 

 

 

 

 

3. Заключение

Из графика распределения температур по слоям О.К. следует, что плоскость конденсации находится во 2 слое, т.е. в слое утеплителя – пенополистирола. Для теплоизоляционных материалов, применяемых в наружных ограждающих конструкциях зданий, особенно важным является показатель водостойкости. Учитывая возможность периодического увлажнения теплоизоляционных материалов в конструкции, показатель водостойкости в значительной степени определяет их долговечность.

Пенополистирол обладает очень низкой влагоемкостью (менее 1%), следовательно, у него очень высокий показатель водостойкости, и поэтому влага не может оказывать существенное влияние на теплоизолирующие свойства утеплителя. Пенопласт обладает отличными теплоизолирующими свойствами, которые практически не изменяются при повышении влажности воздуха.

Вообще предотвращение конденсации паров в стенах достигается конструктивными решениями. Для этого укладывают слои материалов различной паропроницаемости с введением дополнительных паровых барьеров, предотвращающих или ограничивающих конденсацию. 

Еще один способ предотвратить конденсацию  – покрыть утеплитель влаго- и  пароизолирующими пленками.

Кроме того, следует рассмотреть возможность устройства вентилируемого фасада – такой конструкции, в которой между слоем утеплителя и слоем внешней отделки, являющейся также защитным экраном, оставляют воздушный зазор. Внизу и вверху защитного экрана оставляют отверстия, чем и создается непрерывный воздушный поток (естественная вентиляция за счет разницы давления). Благодаря вентиляции влага не застаивается, удаляется наружу, и утеплитель не намокает.

Принятая О.К. полностью  безопасна, т.к. положение точки росы в слое утеплителя не играет особой роли благодаря высокой водостойкости  пенополистирола.

 

Приложение Б. Значения максимального парциального давления водяного пара в мм.рт.ст. для различных температур (при атмосферном давлении 755 мм)

Таблица 1 - Для температур от 0 до – 41°С (над льдом)

t°	Е в мм	t°	Е в мм	t°	Е в мм	t°	Е в мм	t°	Е в мм
0	4,58	-9	2,13	-17	1,03	-25	0,47	-33	0,205
-1	4,22	-10	1,95	-18	0,94	-26	0,42	-34	0,185
-2	3,88	-11	1,78	-19	0,85	-27	0,38	-35	0,17
-3	3,57	-12	1,63	-20	0,77	-28	0,34	-36	0,15
-4	3,28	-13	1,49	-21	0,7	-29	0,31	-37	0,13
-5	3,01	-14	1,36	-22	0,64	-30	0,28	-38	0,12
-6	2,76	-15	1,24	-23	0,58	-31	0,25	-39	0,105

Таблица 2 - Для температур от 0 до +50°С (над водой)

t°	Е в мм	t°	Е в мм	t°	Е в мм	t°	Е в мм	t°	Е в мм
0	4,58	10	9,21	20	17,54	30	31,82	40	55,32
1	4,96	11	9,84	21	18,65	31	33,7	41	58,34
2	5,29	12	10,52	22	19,38	32	35,66	42	61,5
3	5,69	13	11,23	23	21,07	33	37,73	43	64,8
4	6,10	14	11,99	24	22,38	34	39,9	44	68,26
5	6,54	15	12,79	25	23,76	35	42,18	45	71,88
6	7,01	16	13,63	26	25,21	36	44,56	46	75,65
7	7,51	17	14,53	27	26,74	37	47,07	47	79,6
8	8,05	18	15,48	28	28,35	38	49,69	48	83,71
9	8,61	19	16,48	29	30,04	39	52,44	49	88,02

Список литературы

1. ГОСТ 2.104-2006. Единая система конструкторской документации. Основные надписи. – Введ. 2006-09-01. – М.: Стандартинформ, 2006. – 14с.   
2. ГОСТ 2.105-95. Единая система конструкторской документации. Общие требования к текстовым документам. – Введ. 1996-07-01. –  М.: Стандартинформ, 2006. – 28с.
3. ГОСТ 30494-96. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещении. – Введ. 1999-03-01. - М.: Госстрой России, 1999. – 19с.
4. СНиП 23-01-99* Строительная климатология. – М.: ФГУП ЦПП, 2005. – 70 с.
5. СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий. – М.: ФГУП ЦПП, 2004. – 25 с.
6. Свод правил по проектированию и строительству 23-101-2004 Проектирование тепловой защиты зданий. – М.:ФГУП ЦПП, 2005. – 139 с.
7. Горбаченко В.А. Методические указания по тепловой защите здания/ В.А. Горбаченко, Ю.С. Короян, О.Ш. Саидова – Тюмень: ТюмГАСУ, 2007. - 25с.
8. Лицкевич В.К. Архитектурная физика: учебник / В.К. Лицкевич, Л.И. Макаренко и др.; - М.: Стройиздат, 1997. – 448 с.