Физика среды

 

 

Содержание

 

1. Значение среднемесячной температуры наружного воздуха
2. Значение влажности воздуха
3. Скорость и направление ветра
4. Солнечная радиация
5. Теплотехнический расчет стены
6. Расчет ограждающей конструкции на воздухопроницание
7. Теплотехнический расчет окна
8. Расчет сопротивления проницанию
9. Расчет индекса изоляции воздушного и ударного шума междуэтажного перекрытия
10. Библиографический список

 

   

1. Значение среднемесячной температуры наружного воздуха

 

Город – Казань

Показатели	месяца
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Т, 0С	-13,5	-13,1	-6,5	3,7	12,4	17,0	19,1	17,5	11,2	3,4	-3,8	-10,4
е, гПа	2,1	2,2	3,4	6,1	8,8	12,3	15,0	13,7	9,9	6,4	4,4	2,8
Е, Па	189,5	197	353,5	796	1440	1937	2210	2000	1331	780	445	251
φ, %	100	100	96	77	61	64	68	69	74	82	99	100
Тип погоды	х	х	х	х	п	т	т	т	п	х	х	х

 

Где Т – средняя  месячная температура воздуха ⁰С, принимается по СНиП 23-01-99* (табл. 3*);

е – упругость водяного пара, характеризует влагосодержание  воздуха, гПа, принимается по СНиП 23-01-99* (табл. 5а*);

Е – парциальное давление насыщения при данной температуре, Па, принимается по СП 23-101-2004 (приложение С);

Относительная влажность φ определяется по формуле:

 

Гистограмма распределения

среднемесячной  температуры

за год г. Казань

 

Наиболее низкая среднемесячная температура наружного воздуха в январе - -13,5 ⁰С, а наиболее высокая температура наружного воздуха в июле – 19,1 ⁰С.

Летний период 5 месяцев. Зимний период 5 месяцев. Осенне – весенний период 2 месяца.

Температура наиболее холодной пятидневки - -32 ⁰С;

Продолжительность отопительного  периода – 215 дней;

Средняя температура отопительного  периода - - 5,2 ⁰С, принимается по СНиП 23-01-99* (таблица 1).

 

2. Значение влажности воздуха за год

 

Наиболее влажные месяца – декабрь, январь, февраль, относительная влажность составляет > 100%.

 

 

3. Скорость и направление ветра

 

Данные принимаются  по СНиП 2.01.01-82 (приложение 4)

 

Месяц	Показатели	С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ	штиль
Январь	V, м/с	3,8	4,2	4,2	5	5,7	4,8	4,8	3,8	7
	Повторяемость, %	11	4	6	20	28	12	13	6
Июль	V, м/с	3,8	3,6	3,9	3,3	3,3	3,2	4	4,2	10
	Повторяемость, %	16	13	11	10	10	8	14	18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Январь

 

Январь: наибольшая скорость ветра составляет 5,7 м/с на юге. Наименьшая скорость ветра 3,8 м/с, на севере и на северо-западе.

 

Июль

 

Июль: наибольшая скорость ветра составляет 4,2 м/с, на северо-западе. Наименьшая скорость ветра 3,3 м/с, на юге  и на юго-востоке.

 

 

 

4. Солнечная  радиация

 

Используем данные таблицы 4-5 СНиП 23-01-99*. Географическая широта г.Казань 55⁰52’с.ш.

 

Показатель	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
Горизонт. Плоскость	113	220	467	650	840	873	875	695	186	267	127	84
Ю	425	528	673	638	541	469	501	552	608	598	486	400
З	93	139	239	366	466	541	541	528	480	327	187	104
В	104	187	327	480	528	541	541	466	366	239	139	93
С				106	183	223	215	127

 

 

Наибольшее поступление  солнечной радиации наблюдается  на горизонтально ориентируемую  плоскость в июле месяце и составляет 875 МДж/м², наименьшая радиация на горизонтально ориентируемую плоскость наблюдается в декабре и составляет 84 МДж/м².

Наибольшее поступление  солнечной радиации наблюдается  на юге вертикальной плоскости в  марте и составляет 673 МДж/м², а наименьшее на востоке в декабре 93 МДж/м².

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Теплотехнический  расчет стены

 

1. Известково-песчанный раствор Р=1600 кг/м³
2. Кирпич глиняный обыкновенный Р=1600 кг/м³
3. Мин. Плита «КАВИТИ БАТТС» Р=45 кг/м³
4. Кирпич глиняный обыкновенный Р=1600 кг/м³
5. Цементно-перлитовый раствор Р=1000 кг/м³

 

δ₁=20 мм=0,02м    λ₁= 0,81    μ₁=0,12

δ₂=120 мм=0,12м    λ₂= 0,7    μ₂=0,15

δ₃=?      λ₃= 0,044    μ₃=0,35

δ₄=250 мм=0,25м    λ₄= 0,7    μ₄=0,15

δ₅=15 мм=0,015м    λ₅= 0,3    μ₅=0,15

 

λ – расчетный коэффициент  теплопроводности материала, СП 23-101-2004 (приложение Д);

μ – коэффициент паропроницаемости  материала, СП 23-101-2004 (приложение Д);

Район строительства  – город Казань

Зона влажности нормальная, СНиП 23-02-2003 (приложение В);

Условия эксплуатации ограждающих  конструкций – Б, СНиП 23-02-2003 (таблица2)

 

градусо-сутки отопительного периода (D_d)

 

D_d=(t_int – t_ht)*Z_ht

где t_int – расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания;

t_ht - средняя температура наружного воздуха;

Z_ht – продолжительность отопительного периода со средней суточной температурой воздуха не более 8 ⁰С.

 

D_d = (21 + 5,2)*215 = 5633 сут.

 

t_int = 21 ⁰С, т.к. t_ext = - 32 ⁰C

t_ht = - 5,2 ⁰С

Z_ht = 215 сут.

 

Приведенное сопротивление теплопередаче R₀, м^{2 0}С/Вт, ограждающих конструкций стен следует принимать не менее нормируемых значений R_reg, м^{2 0}С/Вт, опреденияемых по СНиП 23-02-2003 табл. 4 в зависимости от градусо-суток района строительства D_d, ⁰С сут. С помощью метода интерполяции определяем R₀:

 

Dd, 0С сут	4000	5633	6000
Rreg, м2 0С/Вт	2,8	R0	3,5

 

Находим D=0,57, следовательно R_reg = 2,8 + 0,57 = 3,37 м^{2 0}С/Вт

Находим сопротивление  каждого слоя:

R₁ = δ₁/λ₁ = 0,02/0,81 = 0,025 м^{2 0}С/Вт

R₂ = δ₂/λ₂ = 0,12/0,7 = 0,17 м^{2 0}С/Вт

R₄ = δ₄/λ₄ = 0,25/0,7 = 0,357 м^{2 0}С/Вт

R₅ = δ₅/λ₅ = 0,015/0,3 = 0,05 м^{2 0}С/Вт

 

Общее фактическое сопротивление  теплопередаче стены определяется по формуле:

 

Где, a_int и a_ext – коэффициенты теплопередачи внутренней и наружной поверхности ограждающих конструкций, Вт/м^{2 0}С;

 

a_int = 8,7 Вт/м^{2 0}С

a_ext = 23 Вт/ м^{2 0}С

 

Определяем толщину  утеплителя δ₃

3,37 = 1/8,7 + 0,025 + 0,17 + х/0,044 + 0,357 + 0,05 + 1/23

3,37 = 0,76 + х/0,044

2,61 = х/0,044

Х = 2,61*0,044 = 0,115

Принимаем толщину утеплителя δ₃ = 120 мм;

Находим общую толщину  стены:

δ₁ + δ₂ + δ₃ + δ₄ + δ₅ = 20 + 120 + 120 + 250 + 15 = 525 мм.

 

Толщина стены составит – 525 мм.

 

 

Санитарно-гигиенические  требования, предъявляемые к ограждающей  конструкции

 

1. Расчетный температурный перепад Dt₀, ⁰С, между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции не должен превышать нормируемых величин Dt_n, ⁰С,

Dt_n ≥Dt₀

 

 

где n – коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций к наружному воздуху, СНиП 23-02-2003 (таблица 6).

D t_n определяется по табл. 5 СНиП 23-02-2003 (для наружных стен в жилых помещениях):

D t_n = 4,0 ⁰С

4,0 > 1,81 – условие  выполняется

2. Температура на внутренней поверхности стены τ_st , ⁰С не должна быть ниже температуры точки росы t_d, ⁰С

τ_st > t_d

Определяем температуру  на внутренней поверхности стены  по формуле:

  

 

t_d, ⁰С - температура точки росы, определяется по СП 23-101-2004, приложение Р (t_int = 21 ⁰С, j = 55%)

t_d = 11,62 ⁰С

 

19,2 > 11,62 – условие выполняется

 

Вывод: данная ограждающая  конструкция удовлетворяет санитарно-гигиеническим  требованиям.

 

 

6. Расчет ограждающей конструкции на воздухопроницание

 

Сопротивление воздухопроницанию  отдельных слоев ограждающих  конструкций, R_inf (м² ч Па/кг) принимаются по таблице 17 СНиП 23-101

 

1. Известково-песчанный  раствор	Rinf =15/20=373/x=497,3 м2 ч Па/кг
2. Кирпич глиняный  обыкновенный	Rinf = 2 м2 ч Па/кг
3. Мин. плита «КАВИТИ  БАТТС»	Rinf = 2 м2 ч Па/кг
4. Кирпич глиняный  обыкновенный	Rinf = 9 м2 ч Па/кг
5. Цементно-перлитовый  раствор	Rinf = 373 м2 ч Па/кг

 

Сопротивление воздухопроницанию  ограждающих конструкций зданий и сооружений должно быть не менее нормируемого сопротивления воздухопроницанию м² ч Па/кг, определяемого по формуле:

 = Dp/ G_n

где G_n – нормируемая воздухопроницаемость ограждающих конструкций, кг/(м2ч), принимаемая по СНиП 23-02-2003 (табл. 11).

G_n = 0,5 кг/(м²ч)

Dp  - разность давления воздуха на наружной и внутренней поверхности ограждающих конструкций, [Па], определяется по формуле:

Dp = 0,55H(g_ext - g_int) + 0,03g_extn²,

Где H – высота здания (от уровня пола первого этажа до верха вытяжной шахты), [м]:     Н = 10 м

g_ext , g_int  - удельный вес соответственно наружного и внутреннего воздуха, [Н/м³],

n - максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь, повторяемость которых составляет 16% и более, установленная по стандартной высоте 10м (принимается по таблице №1* СНиП 23-01).

n = 7,5 м/с

Удельный вес соответственно наружного и внутреннего воздухаg_ext , g_int, определяем по формуле:

g_ext(int) = 3463/(273 + t _ext(int))

 

Где t_int - температура внутреннего воздуха;

t _ext - средняя температура наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92

t_int – 21 ⁰С; t _ext - - 32 ⁰С

g_ext = 3463/(273 – 32) = 14,37 [Н/м³]

g_int  = 3463/(273 + 21) = 11,78 [Н/м³]

 

Dp = 0,55*10*(14,37 – 11,78) + 0,03*14,37*7,5² = 38,49 [Па]

 

= 38,49/0,5 = 76,98 [(Па м² ч)/кг]

 

Фактическое сопротивление  воздухопроницаемости многослойной ограждающей  конструкции определяется по формуле:

 

= R_inf1 + R_inf2 + R_inf3 + R_inf4 + R_inf5 ,

 

Где R_{inf1 ,} R_{inf2 ,} R_{inf3 ,} R_inf4, R_inf5 – сопротивление воздухопроницаемости слоев ограждающей конструкции, пронимаемое по СП 23-101-2004 (табл. 17).

 

= 497,3 + 2 + 2 + 9 + 373 = 883,3 [(Па м² ч)/кг]

 

Так как 76,98<883,3

 

Следовательно, условие  < выполняется.

 

Вывод: данная ограждающая  конструкция удовлетворяет требованиям  СНиП 23-02-2003.

 

7. Теплотехнический расчет окна

 

Вычисленная ранее величина градусо-суток D_d:

 

D_d = 5633 ⁰С сут.

 

Нормируемое значение сопротивления  теплопередаче R_reg, м^2*0С/Вт, для оконных проемов из условий энергосбережения в зависимости от D_d, ⁰С сут, находим по СНиП 23-02-2003 (табл. 4) методом интерполяции:

 

Dd, 0С сут	4000	5633	6000
Rreg, м2*0С/Вт	0,45	Rreg	0,6

 

Находим D = 0,12, следовательно

R_reg = 0,45 + 0,12 = 0,57 м^2*0С/Вт

 

Вывод: по таблице 5 СП 23-101-2004 принимаем двухкамерный стеклопакет в одинарном переплете с межстекольным расстоянием 12мм с твердым селективным покрытием с значением сопротивления теплопередаче R = 0,58 м^2*0С/Вт

 

8. Расчет сопротивления проницанию

 

№	материал	р, кг/м3	λ, Вт/м0С	μ	δ, м
1	Известково-песчан. р-р	1600	0,81	0,12	0,02
2	Кирпич глиняный обыкновенный	1600	0,7	0,15	0,12
3	Мин. плита «КАВИТИ  БАТТС»	45	0,044	0,35	0,12
4	Кирпич глиняный обыкновенный	1600	0,7	0,15	0,25
5	Цементно-перлитовый раствор	1000	0,3	0,15	0,015

 

Показатели	месяца
	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
Т, С	-13,5	-13,1	-6,5	3,7	12,4	17,0	19,1	17,5	11,2	3,4	-3,8	-10,4
е, гПа упругость водяного пара	2,1	2,2	3,4	6,1	8,8	12,3	15,0	13,7	9,9	6,4	4,4	2,8
Е	189,5	197	353,5	796	1440	1937	2210	2000	1331	780	445	251
Период	З	З	З	О-В	Л	Л	Л	Л	Л	О-В	З	З

 

Сопротивление паропроницанию R_vp, м²чПа/мг, для каждого слоя:

 

R₁ = δ₁/μ₁ = 0,02/0,12 = 0,17 м² ч Па/мг

R₂ = δ₂/μ₂ = 0,12/0,15 = 0,8 м² ч Па/мг

R₃ = δ₃/μ₃ = 0,12/0,35 = 0,34 м² ч Па/мг

R₄ = δ₄/μ₄ = 0,25/0,15 = 1,67 м² ч Па/мг

R₅ = δ₅/μ₅ = 0,015/0,15 = 0,1 м² ч Па/мг

 

Согласно СНиП 23-02-2003 плоскость возможной конденсации в многослойной конструкции совпадает с наружной поверхностью утеплителя.

Сопротивление паропроницанию R_vp, м²чПа/мг, ограждающей конструкции (в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации) должно быть не менее наибольшего из следующих нормируемых сопротивлений паропроницанию:

 

 

 

Где e_int – парциальное давление водяного пара внутреннего воздуха, Па, при расчетной температуре и относительной влажности этого воздуха, определяемое по формуле:

e_int = (φ_int/100)E_int,

где E_int – парциальное давление насыщенного водяного пара, Па, при температуре t_int, принимается по СП 23-101-2004 (приложение С):

при t_int = 21 ⁰С, E_int = 2488 Па, тогда при φ = 55% (таблица 1 СП 23-101-2004)

e_int =

2488 = 1368 Па

Е – парциальное давление водяного пара, Па, в плоскости возможной  конденсации за годовой период эксплуатации, определяемое по формуле:

 

Е = (Е₁z₁ + E₂z₂ + E₃z₃)/12,

 

где Е₁, Е₂, Е₃ – парциальное давление водяного пара, Па, принимаемое по температуре в плоскости возможной конденсации, устанавливаемой по средней температуре наружного воздуха соответственно зимнего, весенне-осеннего и летнего периодов;

z₁, z₂, z₃ – продолжительность, мес. зимнего, весенне-осеннего и летнего периодов года, определяемая с учетом следующих условий:

а) к зимнему периоду  относятся месяцы со средними температурами  наружного воздуха ниже – 5 ⁰С;

б) к весеннее-осеннему периоду относятся месяцы со средними температурами от – 5 до +5 ⁰С;

в) к летнему периоду  относятся месяцы со средними температурами воздуха выше +5 ⁰С.

Продолжительность периодов и их средняя температура определяются по таблице 3* СНиП 23-01-99*, а значения температур в плоскости возможной  конденсации τ_i, соответствующие этим периодам по формуле:

τ_i = t_int – (t_int – t_i)(R_st +∑R)/R₀,

где t_int = 21 ⁰С;

t_i – расчетная температура наружного воздуха i-го периода, ⁰С, принимаемая равной средней температуре соответствующего периода;

R_st – сопротивление теплопередаче внутренней поверхности ограждения, равное

R_st = 1/a_int = 1/8,7 = 0,115 м^{2 0}С/Вт

∑R – термическое сопротивление слоя ограждения в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации (до наружной поверхности утеплителя):

 

∑R = R₃ + R₄ + R₅ = 0,34 + 1,67 + 0,1 = 2,11 м^{2 0}С/Вт

 

R₀ = сопротивление теплопередаче ограждения, определенное на стр. :

R₀ = 0,115 + 0,025 + 0,17 + 2,72 + 0,357 + 0,05 + 0,043 = 3,48 м^{2 0}С/Вт

 

Рассчитаем соответствующую  температуру в плоскости возможной  конденсации τ_i, по формуле:

Зима (январь, февраль, март, ноябрь, декабрь):

z₁ = 5 мес

t₁ = [(-13,5) + (-13,1) + (-6,5) + (-3,8) + (-10,4)]/5 = - 47,3/5 = - 9,5 ⁰C

τ₁ = 21 – (21 + 9,5)(0,115 +2,11)/3,48 = 1,5 ⁰C

 

Весна-осень (апрель, октябрь):

z₂ = 2 мес

t₂ = (3,7 + 3,4)/2 = 3,55 ⁰C

τ₂ = 21 – (21 – 3,55)(0,115 + 2,11)/3,48 = 9,8 ⁰C

 

Лето (май, июнь, июль, август, сентябрь):

z₃ = 5 мес

t₃ = (12,4 + 17 + 19,1 + 17,5 + 11,2)/5 = 15,4 ⁰C

τ₃ = 21 – (21 – 15,4)(0,115 + 2,11)/3,48 = 17,4 ⁰C

 

По температурам τ₁, τ₂, τ₃ для соответствующих периодов определяем парциальные давления (Е₁, Е₂, Е₃) по приложению С СП 23-101-2004:

Е₁ = 681; Е₂ = 1212; Е₃ = 1986

 

Далее определяем парциальное  давление водяного пара Е, Па, в плоскости возможной конденсации за годовой период эксплуатации ограждающей конструкции для соответствующих продолжительностей периодов z₁, z₂, z₃

Е = (681*5 + 1212*2 + 1986*5)/12 = (3405 + 2424 + 9930)/12 = 15759/12 = 1313,3 Па

 

Сопротивление паропроницанию R_vp^в, м²чПа/мг, части ограждающей конструкции, расположенной между наружной поверхностью и плоскостью возможной конденсации, определяется по формуле:

R_vp^в = δ₂/μ₂ + δ₁/μ₁ = 0,12/0,15 + 0,02/0,12 = 0,8 + 0,17 = 0,97 м²чПа/мг

 

Среднее парциальное  давление водяного пара наружного воздуха e_ext, гПа, за годовой период определяют по СНиП 23-01 (табл. 5а*):

e_ext = (210+220+340+610+880+1230+1500+1370+990+640+440+280)/12 = 8710/12 = 725,8 Па

 

Определим нормируемое  сопротивление паропроницанию м²чПа/мг, из условия недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период эксплуатации:

= = = 0,09 м²чПа/мг

 

Для расчета нормируемого сопротивления паропроницанию из условия ограничения влаги за период с отрицательными среднемесячными температурами наружного воздуха берут продолжительность этого периода z₀, сут, и среднюю температуру этого периода t₀, ⁰C определяемые по СНиП 23-01-99* (табл. 1*, 9,10 ст.):

z₀ = 156 сут; t₀ = - 8,7 ⁰C

Температуру τ₀, ⁰С, в плоскости возможной конденсации для этого периода определяют по формуле:

 

Парциальное давление водяного пара Е₀, Па, в плоскости возможной конденсации определяют по приложению С СП 23-101-2004, при τ₀ = 2 ⁰С:

 

Е₀ = 705 Па

 

Согласно СНиП 23-02-2003 в  многослойной ограждающей конструкции  увлажняемым слоем является утеплитель, в данном случае – мин. плита «КАВИТИ БАТТС» ρ = 45 кг/м³, толщиной δ = 0,120 м

Предельно допустимое приращение расчетного массового отношения  влаги в этом материале согласно СНиП 23-02-2003 (табл. 12) Dw_av = 3%

Средняя упругость водяного пара наружного воздуха периода месяцев с отрицательными средними месячными температурами (принимаемая по СНиП 23-01 таблица 5а), равна:

 = (210+220+340+440+280)/5 = 1490/5 = 298 Па;