Проверка соответствия помещения теплотехническим требованиям
1. Выборка
исходных данных
.1 Климат
местности
Исходные данные по СНиП 23 01-99
Пункт строительства - БЛАГОВЕЩЕНСК Амурской области.
1) Средние месячные температуры, упругости водяных
паров воздуха
Вели чина
|
Месяц
|
|
I
|
II
|
III
|
IV
|
V
|
VI
|
VII
|
VIII
|
IX
|
X
|
XI
|
XII
|
tВ, ˚С
|
-24,3
|
-18,6
|
-9,4
|
2,6
|
10,9
|
17,8
|
21,4
|
19,1
|
12,2
|
2,1
|
-11,3
|
-21,8
|
ев, Па
|
80
|
110
|
220
|
420
|
730
|
1430
|
1940
|
1730
|
1060
|
490
|
200
|
90
|
) Температура воздуха, ˚С :
· средняя наиболее холодной пятидневки -34
· средняя отопительного периода -11,5
3) Продолжительность периодов, сут. :
· влагонакопления z0= 171
· отопительного zот= 212
4) Повторяемость П и скорость ветра υ
Месяц
|
Характеристика
|
РУМБ
|
|
|
С
|
СВ
|
В
|
ЮВ
|
Ю
|
ЮЗ
|
З
|
СЗ
|
Январь
|
П, %
|
21
|
5
|
1
|
1
|
6
|
6
|
11
|
|
υ,
м/c
|
3,4
|
1,9
|
1,7
|
1,8
|
1,8
|
1,5
|
1,9
|
3,3
|
1.2
Параметры микроклимата помещения
. Назначение помещения - общественное
. Температура внутреннего воздуха в здании tв
=20 ˚С
. Относительная влажность внутреннего воздуха в здании φв =55%
. Высота здания Н
= 34м
. Разрез рассчитываемого ограждения
,5 - железобетон;
2,4 - воздух;
3 -минераловатные плиты жесткие (300 кг/м3)
1.3
Теплофизические характеристики материалов
) Определяем влажностный режим помещения по табл.1 [1] :в =20 ˚С,
φв = 55 % режим - нормальный
) По карте прил.1 [1, с.14] определяем зону влажности, в которой
расположен заданный населенный пункт: Хабаровск - зона 2 - нормальная
) По прил.2. [1, с.15] определяем влажностные условия эксплуатации
ограждающей конструкции: Б
) Из прил.3 [1, с.15…23] выписываем значения характеристик материалов,
составляющих данную конструкцию
№ слоя
|
Материал слоя
|
№ позиции по прил.3
|
Плотность ρ, кг/м3
|
δ,м толщина слоя
|
Коэффициенты
|
|
|
|
|
|
|
Теплопроводности λ, Вт/(м· К)
|
R, термическое сопротивление, м2К/В
|
Сопротивление паропроницаемости
Rп=δ/µ
|
Паропроницания μ, мг/(м·ч·Па)
|
1
|
Железобетон
|
1
|
2500
|
0,045
|
2,04
|
0,022
|
1,500
|
0,03
|
3
|
Минераловатные плиты
жесткие
|
33
|
300
|
0,300
|
0,09
|
3,333
|
0,732
|
0,41
|
5
|
Железобетон
|
1
|
2500
|
0,045
|
2,04
|
0,022
|
1,500
|
0,03
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.
Определение точки росы
1. 1) Из прил.1 «Методических указаний…» находим упругость
насыщающих воздух водяных паров : tв =20 ˚С Ев=2338Па
2) Вычисляем фактическую упругость водяных паров, Па, по формуле
ев= φв· Ев/100, где φв = 55 % : ев= 55·2338/100 =
1285,9 Па
) По численному значению ев обратным ходом по прил.1
«Методических указаний…» определяем точку росы tр с точностью до 0,1
˚С : tр= 10,7 ˚С
3.
Определение нормы тепловой защиты
.1
Определение нормы тепловой защиты по условию энергосбережения
1) Определяем градусо - сутки отопительного периода по формуле
ГСОП = X= (tв - tот) · zот ,
где tв - расчетная температура внутреннего воздуха, ˚Сот
-средняя температура отопительного периода, ˚С
zот - продолжительность отопительного
периода, сут.
ГСОП = Х = (20+11,5)·212= 6678
2) Рассчитываем нормативное значение приведенного сопротивления
теплопередаче по формуле, м2К/Вт (значения R и β берутся из таблицы):
3.2
Определение норм тепловой защиты по условию санитарии
1) По табл.2 [1, с.4] определяем нормативный перепад между температурой
воздуха в помещении и температурой на внутренней поверхности ограждающей
конструкции: Δtн
= 4,0 о С
) По табл.3 [1,с.4] определяем корректирующий множитель n, учитывающий степень контактности
ограждения с наружным воздухом: n= 1
) По табл.4 [1,с.4] находим коэффициент теплоотдачи внутренней
поверхностью ограждающей конструкции: αв= 8,7 Вт/( м2 К)
) Вычисляем нормативное сопротивление теплопередаче по условию санитарии,
по формуле:
Rос
= ( tв
- tн)·n/ (αв· Δtн ), м2 К/Вт
где tн - расчетная температура наружного воздуха, равная
средней температуре наиболее холодной пятидневки.
Rос = (20+34)·1/(8,7·4,0)=1,552
.3 Норма
тепловой защиты
Определяем
Rо
: Rоэ= 3,737 (м2*К/Вт) Rо= Rоэ= 3,737 (м2 К/Вт)
Rос=1,552 (м2*К/Вт)
4. Расчет
толщины утеплителя
) По табл.6 [1,с.5] определяем коэффициент теплоотдачи наружной
поверхностью ограждения внешней среде: αн= 23, Вт/(м2 К)
) Вычисляем сопротивление теплообмену, м2*К/Вт:
на внутренней поверхности Rв
=1/ αв= 1/8,7=0,115
на наружной поверхности Rн
=1/ αн=1/23=0,043
3) Определяем термические сопротивления слоев конструкции с известными
толщинами, м2 К/Вт, по формуле Ri
=δi/λi :
R1,5 = 0,045/2,04=0,022
R2
= 0,14 R4 =0,165
4) Вычисляем минимально допустимое(требуемое) сопротивление утеплителя
по формуле
Rут = R0 - (Rв + Rн +∑Rиз ), м2 К/Вт
где ∑Rиз - суммарное сопротивление слоев с
известными толщинами :
Rут =
3,737-(0,115+0,043+0,022+0,14+0,165+0,022)=3,23
5) Вычисляем толщину утепляющего слоя, м, по формуле δут=λут *Rут :
δут= 0,09·3,23=0,291 м
6) Округляем толщину утеплителя до унифицированного значения, кратного
строительному модулю для минераловатных слоев 2 см: δут= 0,3м
7) Вычисляем термическое сопротивление утеплителя(после унификации),
м2 К/Вт (вместо индекса - порядковый номер слоя):
Rут = R3 = 0,3/0,09=3,333 м2 К/Вт
8) Определяем общее термическое сопротивление ограждения с учетом
унификации, м2 К/Вт, по формуле
Rо = Rв+Rн +Rут + ∑Riиз :
Rо =
0,115+0,043+3,333+0,022+0,14+0,165+0,022=3,84 м2 К/Вт
5.
Проверка внутренней поверхности ограждения на выпадение росы
1) Вычисляем температуру на внутренней поверхности ограждения, ˚С
по формуле
τв=tв - ((tв - tн )· Rв/ Rо) :
τв= 20-((20+34)·0,115/3,84)=18,4 ˚С
τв> tр, следовательно, согласно указаниям
п.2.10 [1,с.6], роса на поверхности не выпадет.
2) Определяем термическое сопротивление конструкции, м2
К/Вт:
R = ∑Ri = 0,022+0,14+3,23+0,165+0,022=3,579
) Вычисляем температуру в углу стыковки наружных стен по формуле (для R=0,6…2,2 м К/Вт)
τу= τв- (0,175 - 0,039R)·( tв - tн) :
τу= 18,383- (0,175-0,039*3,579)·(20+34)=16,5 0С
) τу> tр, следовательно, согласно указаниям
п.2.10 [1,с.6], роса в углу не выпадет.
6.
Проверка на выпадение росы в толще ограждения
1) Определяем сопротивление паропроницанию, м2·ч·Па/мг,
каждого слоя по формуле
Rпi
=δi/μi :
Rп1,5 = 0,045/0,03=1,5
Rп2,4 = 0
Rп3 = 0,291/0,41=0,71
и конструкции в целом:
∑ Rп =3,71
2) Вычисляем температуру на поверхности ограждения по формуле п.1
разд.5 при температуре tн = tнI самого холодного месяца :
τвI= 20-((20+24,3)·0,115/3,84)=18,7 ˚С
микроклимат помещение влажностный ограждение
3) По прил.1 «Методических указаний…» находим максимальную упругость Ев*
=2155 Па, отвечающую температуре τвI = 18,7 ˚С
4) Графическим методом определяем изменение температуры по толщине
ограждения при средней температуре самого холодного месяца.
На оси абсцисс последовательно откладываем значения сопротивлений Rв, R1, R2, R3, R4, R5, Rн, составляющих в целом Rо. На оси ординат откладываем значение температуры внутреннего
воздуха tв и значение средней температуры самого холодного месяца
(января).
На пересечении построенной линии, соединяющей точку со значением
температуры внутреннего воздуха и точку с температурой самого холодного месяца
(января), с границами слоев определяем значения температур на границах.
τв= 18,8 ˚С1-2 = 18,4 ˚С2-3
= 17˚С3-4 = -21,6˚С4-5 = -23,4 ˚С
τн= - 23,8 ˚С
5) Для температур, определенных на границах слоев, по прил. 1 и 2
«Методических указаний…» находим максимальные упругости водяных паров Е на этих
границах.
Ев = 2169 Па
Е1-2= 2115 Па
Е2-3= 1937Па
Е3-4= 93Па
Е4-5= 77Па
Ен= 69 Па
6) По аналогии с п.4, только в координатных осях Rп и Е строим разрез ограждения. По всем границам слоев
откладываем найденные в п.5 значения упругостей Е.
7) На внутренней поверхности конструкции на рис.2 откладываем
значение упругости паров в помещении ев =1285,9 Па (найденной в п.2
разд.2), а на наружной - значение ен= 0,9· Ен =62,1 Па ,
соединяем их прямой линией.
) В 3-ем слое линия максимальной упругости проходит ниже линии е,
значит, в этом слое вводим вспомогательные точки. Для этого на рис.1 на
температурной линии 3-го слоя намечаем через равные промежутки три точки,
определяем для них температуру, а по температурам находим максимальные
упругости Е, используя прил.1 и 2 «Методических указаний…». Найденные упругости
откладываем на рис.2 в том же слое, разделив его так же, как на рис.1. По
вспомогательным точкам проводим линию Е.
Так как линия е пересекает линию Е, то необходимо проверить влажностный
режим конструкции.
7.
Проверка влажностного режима ограждения
1) Из точек ев и ен проводим касательные к кривой
линии Е. Находим плоскость возможной конденсации. По графику определяем
сопротивление паропроницанию слоёв, расположенных между внутренней поверхностью
ограждения и плоскостью конденсации Rпв=2,2 м2чПа/мг,
а так же между этой плоскостью и наружной поверхностью ограждения Rпн=1,51 м2чПа/мг .
2) Находим положение плоскости возможной конденсации на
температурном графике на рис.1.
) Определяем средние температуры:
tзим= (tI+ tII+ tIII+ tXI+ tXII)/5=
(-24,3-18,6-9,4-11,3-21,8)/5=-17,1˚C
§ весенне - осеннего периода, который охватывает месяцы со средними
температурами от -5˚С до +5˚С:
tво=( tIV+ tX)/2=(2,6+2,1)/2=2,4˚C
§ летнего периода, охватывающего месяцы со средними температурами более +5˚С:
tл= (tV+ tVI+
tVII+ tVIII+ tIX)/5=
(10,9+17,8+21,4+19,1+12,2)/5=16,3˚C
§ периода влагонакопления, к которому относятся месяцы со средними температурами
0˚С и ниже: tвл=tзим=-17,1 ˚С
4) Эти температуры откладываем на наружной плоскости рис.1 и полученные
точки соединяем с tв. Пересечения линий с плоскостью
конденсации дают температуры в этой плоскости для соответствующих периодов
года, по которым также определяем максимальные упругости Е.
Период и его индекс
|
месяцы
|
Число месяцев z
|
Наружная температура
периода
|
Температура и максимальная
упругость в плоскости конденсации t, ˚С Е, Па
|
1- зимний
|
I,II,III, XI,XII
|
5
|
- 17,1 ˚С
|
-16,3
|
145
|
2- весенне-осенний
|
IV,X
|
2
|
2,4 ˚С
|
2,8
|
747
|
3-летний
|
V,VI,VII,
VIII,IX,
|
5
|
16,3 ˚С
|
16,3
|
1853
|
0-влагонакопления
|
I,II,III, XI,XII
|
5
|
-17,1 ˚С
|
-16,3
|
145
|
5) Вычисляем среднегодовую упругость насыщающих водяных паров в
плоскости возможной конденсации, Па, по формуле
Е=(Е1·z1+Е2·z2+Е3·z3)/12:
Е=(145·5+747·2+1853·5)/12=949,5
6) Определяем среднегодовую упругость водяных паров в наружном воздухе,
Па, по формуле ен =∑еi/12(еi берем из таблицы п.1 подразд.1.1):
енг =(80+110+220+420+730+1430+1940+1730+1060+490+200+90)/12
=708,3
7) Вычисляем требуемое сопротивление паропроницанию внутренних слоев
конструкции, м2·ч·Па/мг, при котором обеспечивается накопление влаги
в увлажняемом слое из года в год по формуле Rтр1=(ев- Е)·Rпн/(Е - енг):
Rтр1=(1285,9 -949,5)·1,51/(949,5-708,3)=2,106
Rтр1< Rпв =2,2, значит, соответствует требованиям ГОСТа.
8) Определяем среднюю упругость водяных паров в наружном воздухе для
влагонакопления, Па, по формуле
ео =∑ енiо /zо :
ео = (80+110+220+200+90)/5=140
енiо -
среднемесячные упругости для месяцев, имеющих температуры tн≤0˚С(в
данном случае месяцев зимнего периода).
zо- число таких месяцев в периоде.
9) Вычисляем требуемое сопротивление паропроницанию внутренних слоев
конструкции, м2·ч·Па/мг, ограничивающих приращение влажности(в
увлажняемом слое) в допустимых пределах по формуле
:
Rтр-2=(1285,9-?)/((?-140)/1,51+(300·106·
0,280·3)/100·150·24)=1,121
где
δ
- толщина увлажняемого слоя, м
zо- продолжительность периода влагонакопления,
выраженная в часах
ρ - плотность увлажняемого материала
Δωср -
допустимое приращение средней влажности, % по табл.14[1,с.13]
Rтр-2< Rпв =2,28 ,
значит, соответствует требованиям ГОСТа.
8.
Проверка ограждения на воздухопроницание
1) Определяем плотность воздуха в помещении ρв ,кг/м3, при температуре tв=19˚С
и на улице ρн при температуре самой холодной пятидневки tн=-32˚С по
формуле
ρ=μ·P/R·T ,
где μ - молярная масса воздуха, равная 0,029 кг/моль
P -
барометрическое давление; принимаем равным 101 кПа
R -
универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/(моль·К)
T -
температура воздуха, К
ρв = 0,029·101000/8,31·(273+19)=1,20
ρн = 0,029·101000/8,31·(273-32)=1,46
2) Вычисляем тепловой перепад давления, Па, по формуле
ΔРт=0,56(ρн -
ρв )·g·Н,
где g - ускорение свободного падения,
равное 9,81 м/с2
Н - высота здания, м.
3) Определяем расчетную скорость ветра v, принимая в качестве таковой максимальное значение скорости
ветра из тех румбов за январь месяц, на которых повторяемость ветра составляет
16 % и более. В нашем случае v=7,9
м/с.
4) Вычисляем ветровой перепад давления, Па, по формуле ΔРв=0,3·
ρн ·v2:
ΔРв=0,3· 1,46 ·(7,9)2=27,335
и суммарный(расчетный) перепад давления, Па, по формуле ΔР= ΔРв+
ΔРт
ΔР=27,335+68,560=95,895
5) Находим по табл.12 [1,с.11] допустимую воздухопроницаемость
ограждения Gн: для промышленных зданий Gн=0,5 кг/(м2·ч)
6) Определяем требуемое(минимально допустимое) сопротивление
инфильтрации, м2·ч·Па/кг, по формуле Rтр = ΔР/ Gн:
Rтр
= 95,895/0,5=191,79
7) Определяем по прил.9 [1,с.26] сопротивление воздухопроницанию
каждого слоя :
Номер слоя
|
Материал
|
Толщина слоя, мм
|
Пункт прил.9
|
Сопротивление Rнi, м2·ч·Па/кг
|
1,5
|
железобетон
|
45
|
1
|
8829
|
2
|
Плиты минераловатные
|
280
|
25
|
10
|
) Находим располагаемое сопротивление воздухопроницанию, м2·ч·Па/кг,
по формуле
Rн=∑ Rнi : Rн=8829*2+10=17668
Rн> Rтр , следовательно, соответствует нормам.
Заключение
Конструкция отвечает нормативным требованиям при следующих условиях:
§ по тепловой защите
§ по влажностному режиму поверхности и толщи
§ по инфильтрации
Выходные данные для смежных расчетов сооружения :
§ общая толщина стены : δобщ=450 мм
§ масса 1 м2 ограждения, кг/м2
σ = m/F=∑ρi·δi= 0,045·2500+0,040·350=386
§ сопротивление теплопередаче Rо=3,840 м2
К/Вт
§ коэффициент теплопередачи К=1/ Rо=0,260 Вт/
м2 К
§ действующий перепад давления ΔР=95,895 Па
Список
литературы
1. СНиП II - 3
- 79*. Строительная теплотехника/ Минстрой России. М., 1995. 28 с.
. Фокин К. Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей
зданий. М.: Стройиздат, 1973. 240 с.