Строительная теплотехника
Лабораторная работа №1
Задание: подобрать толщину утепляющего слоя для чердачного перекрытия из штучных
материалов, в жилом здании в г. Стародуб. Конструкция панели: внутренний
несущий слой - железобетон, 120 мм, утепляющий слой - гравий керамзитовый плотностью
g0=600 кг/м3, стяжка -из цементно-известковый
раствора, 40 мм. Максимальная толщина утеплителя - 300 мм.
. Определяем требуемое приведенное сопротивление ОК теплопередаче из
условий энергосбережения:
По
СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика» определяем для г.
Стародуб: 
В
соответствии с главой СНиП «Жилые здания» расчетную температуру внутреннего
воздуха принимаем 18 °С, т.к. 
Вычисляем
градусо-сутки отопительного периода:
По
табл. 1, применяя интерполяцию, определяем значение 
:
для
чердачного перекрытия, жилых зданий при ГСОП=4000 °С×сут, 
м2×°С/Вт, а при ГСОП=6000 °С×сут, 
м2×°С/Вт. Геометрическая интерпретация линейной
интерполяции представлена на рисунке. Значение ,
соответствующее ГСОП=4121°С×сут, вычисляем:
.
.
Определяем требуемое сопротивление теплопередаче из санитарно-гигиенических и комфортных
условий:
По
табл. 2 коэффициент n, учитывающий положение ОК по отношению к наружному
воздуху равен 1.
По
табл. 3 нормативный температурный перепад между температурой внутреннего
воздуха и внутренней поверхностью ОК покрытий и чердачных перекрытий Dtн=3 °С.
По
табл. 4 коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ОК aв=8,7 Вт/м2×°С.
.
В
дальнейший расчет вводим значение
,
полученное из условия энергосбережения, как максимальное.
.
По карте приложения 1 зона влажности - нормальная. Влажностный режим помещений
нормальный (в соответствии с главой СНиП «Жилые здания» и табл. 6). По табл. 7
условия эксплуатации ОК - Б.
.
По приложению 2 принимаем расчетные коэффициенты теплопроводности
использованных в конструкции материалов:
железобетон
2500 кг/м3- l1=2,04
Вт/м×°С;
гравий
керамзитовый (ГОСТ9759-83) 600 кг/м3 - l2=0,20
Вт/м×°С;
цементно-
известковый раствор - l3=0,81
Вт/м×°С.
.
В основном условии теплотехнического расчета 
приравниваем
правую и левую части, подставляем выражение для Ro и
раскрываем его для случая трехслойной ОК:
.
. Выражаем из последнего уравнения толщину утепляющего слоя и вычисляем
ее:
.
. Вывод: толщина утепляющего слоя в 0,6967 м нереальна для данной
конструкции, так как общая толщина чердачного перекрытия будет составлять при
этом 0,12+0,6967+0,04=0,857 м, а вес панели размером 3´3 м будет не менее (0,12´2500+0,697´600+0,04´1600)´3´3=7040 кг (2500 и 1600 кг/м3 - плотности
соответственно железобетона и цементно- известкового раствора в сухом
состоянии). Таким образом, применение для утепляющего слоя гравия керамзитового
плотностью 600 кг/м3 невозможно при заданных условиях эксплуатации.
. Определим требуемый коэффициент теплопроводности утепляющего слоя при
максимальной толщине 300 мм. Толщина утепляющего слоя при этом может составить d2=0,46-0,12-0,04=0,3 м.
Для этого выразим из общего условия теплотехнического расчета не толщину,
а коэффициент теплопроводности утепляющего слоя:
.
По
приложению 2 определяем, что гравия керамзитового, применяемых в производстве
двухслойных панелей, близким коэффициентом теплопроводности обладает Вермикулит
вспученный (ГОСТ 12865-67) 100 кг/м3 (l=0,08 Вт/м×°С).
.
Вывод: принимаем следующую конструкцию чердачного перекрытия для эксплуатации в
жилом здании г. Стародуб: несущий слой - железобетон, 120 мм, утепляющий слой -
гравий керамзитовый плотностью 100 кг/м3, 300 мм, стяжка -
цементно-известкового раствор, 40 мм.
Приведенное
сопротивление теплопередаче стеновой панели данной конструкции составляет
,
что
больше требуемого сопротивления теплопередаче .
Лабораторная
работа №2
Определение
возможности образования конденсата на внутренней поверхности ОК
Задание: для ограждающей конструкции, запроектированной в примере 1,
проверить возможность образования конденсата на ее внутренней поверхности для
двух случаев:
1) Конструкция не содержит теплопроводных
включений.
2) Конструкция имеет железобетонное
теплопроводное включение типа IV
размерами а=85 мм, с=250 мм.
Исходные данные для расчета:
температура наружного воздуха tн= -31 °С;
температуры по психрометру Августа:
сухого термометра (температура внутреннего воздуха) tв=21 °С;
влажного термометра tвл=19 °С.
. Определяем температуру внутренней поверхности ОК для конструкции без
теплопроводных включений. Общее приведенное сопротивление ОК теплопередаче уже
определено в примере 1: Rо=4,02 м2×°С/Вт. Значения коэффициентов n и aв также совпадают с принятыми в примере 1. По формуле
(11) имеем
.
2.
Определяем температуру внутренней поверхности ОК в районе теплопроводного
включения по формуле (12).
Сопротивление
ОК теплопередаче вне теплопроводного включения 
совпадает
с общим приведенным сопротивлением ОК теплопередаче Rо:
.
Сопротивление
ОК теплопередаче в районе теплопроводного включения определяем по формуле (4)
как для теплотехнически однородного многослойного (трехслойного) ограждения с
учетом (5), (6):
=
м2×°С/Вт.
Для
определения коэффициента h вычисляем 
и 
. По табл. 9, интерполируя, определяем h=0,39.
По
формуле (12) определяем температуру внутренней поверхности ОК в районе
теплопроводного включения
Определяем
температуру точки росы
По
данным психрометра (tсух=tв=21 °С, tвл=19 °С, Dt=tсух-tвл=2 °С) определяем относительную влажность воздуха с помощью табл. 11:
j=81 %.
По температуре внутреннего воздуха tв=21 °С,
пользуясь табл. 12, определяем максимальную упругость водяного пара:
Е=18,65 мм. рт. ст.
По формуле (14) определяем действительную упругость водяного пара:
мм. рт.
ст.
Пользуясь
табл. 12 «в обратном порядке», определяем: при какой температуре данное
значение действительной упругости станет максимальным. Как следует из таблицы,
значению 15,09 мм. рт. ст. соответствует температура 17,6 °С. Она и является температурой точки росы.
tр=17,6 °С. утеплитель
перекрытие конденсат стена
Выводы:
а)
Так как температура точки росы ниже температуры внутренней поверхности ОК вне
теплопроводного включения (tр=17,6
< tв=19,51 °С), в этих местах образования конденсата при данных температурно-влажностных
условиях не ожидается.
б)
В то же время в районе теплопроводного включения температура внутренней
поверхности ОК ниже температуры точки росы (tв’=19,87
> tр=17,6 °С). Таким образом, в районе теплопроводного включения на внутренней
поверхности ОК невозможно образование конденсата.
Лабораторная
работа №3
Задание: подобрать
утеплитель для наружной стены жилого здания в г. Туле. Стена выполнена в виде
облегченной (колодцевой) кладки толщиной в 2 кирпича с утепляющим слоем.
. Определяем требуемое приведенное сопротивление ОК теплопередаче, как
это показано в примере расчета однородной ОК.
Определяем требуемое приведенное сопротивление ОК теплопередаче из
условий энергосбережения:
По
СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика» определяем для г.Тула: 
В
соответствии с главой СНиП «Жилые здания» расчетную температуру внутреннего
воздуха принимаем 18 °С.
Вычисляем
градусо-сутки отопительного периода:
По
табл. 1, применяя интерполяцию, определяем значение : для стен жилых зданий при ГСОП=4000 °С×сут, 
м2×°С/Вт, а при ГСОП=6000 °С×сут, 
м2×°С/Вт. Геометрическая интерпретация линейной
интерполяции представлена на рисунке. Значение ,
соответствующее ГСОП=4513°С×сут, вычисляем:
.
В
дальнейший расчет вводим значение
,
полученное из условия энергосбережения, как максимальное.
Условия
эксплуатации ОК (как и в том же примере) Б.
По
приложению 2 принимаем расчетные коэффициенты теплопроводности использованных в
конструкции материалов:
Кирпич
глиняный обыкновенный на цементно-песчаном растворе - lкирп=0,81
Вт/м×°С; шлакопемзобетон плотностью 1200 кг/м3 - lутепл=0,47
Вт/м×°С;
Для
расчета принимаем часть конструкции, заключающую в себе стенку «колодца» и по
половине «колодца» с каждой стороны. По высоте конструкция однородная, поэтому
расчет проводим для участка высотой 1 м.
Плоскостями, параллельными направлению теплового потока, разрезаем
конструкцию на 3 теплотехнически однородных участка, из которых 1й
и 3й являются многослойными (и одинаковыми в данном случае),
а 2й - однослойным.
Определяем термические сопротивления участков: для однослойного участка 2
по формуле (6):
для
одинаковых трехслойных участков 1 и 3 по формуле (5)
.
Определяем
термическое сопротивление ОК Rа по
формуле (8). Так как расчет ведется для участка конструкции высотой 1 м,
площади участков численно равны их длине.
=
м2×°С/Вт.
Плоскостями, перпендикулярными направлению теплового потока, разрезаем
конструкцию на 3 однослойных участка (условно обозначим их как 4й,
5й и 6й), из которых 4й и
6й являются теплотехнически однородными (и одинаковыми в
данном случае), а 5й - неоднородным.
Вычисляем термические сопротивления каждого участка:
для теплотехнически однородных участков по формуле (6):
;
для
неоднородного участка следует воспользоваться процедурой, примененной в п. 4:
Рассматривая только этот участок, плоскостями, параллельными направлению
теплового потока, разрезаем его на три однородных однослойных участка (5-1, 5-2
и 5-3, участки 5-1 и 5-3 одинаковы).
Определяем термическое сопротивление каждого участка по формуле (6):
; 
.
Определяем
термическое сопротивление 5-го участка по формуле (8):
.
Определяем
термическое сопротивление ОК Rб как
сумму сопротивлений отдельных участков:
.
Оценим
применимость данной методики в нашем случае.
,
что
менее допустимых 25 %. Кроме того, конструкция стены плоская. Таким образом,
расчетная методика применима в данном случае.
Вычисляем
приведенное термическое сопротивление ОК 
по
формуле (9):
.
Вычисляем
общее сопротивление ОК теплопередаче по формуле (7):
.
Вывод: применение в данной конструкции в качестве
утеплителя керамзитового гравия плотностью 800 кг/м3 не обеспечивает
достаточное для жилого здания в г. Москве сопротивление теплопередаче:
.
Требуется
применить более эффективные в теплотехническом отношении материалы, или
увеличить толщину кладки, или увеличить расстояние между стенками «колодцев».
Литература
1.
СНиП II-3-79**. Строительная теплотехника / Госстрой
СССР. - ЦИТП Госстроя СССР, 1986. - 32 с.
2.
СНиП 2.01.01-82.
Строительная климатология и геофизика / Госстрой СССР. - М.: Стройиздат, 1983.
- 136 с.