# Теплофизика

А.В. Рыжков

Рыжков А.В.ТеплофизикаOrigin: http://samlib.ru/r/ryzhkow_aw/teplofizika.shtmlСоздан: 27/02/2012, изменен: 27/02/2012, 80kСтатья: Нет============================================================

Министерство образования Российской Федерации

Томский государственный архитектурно-строительный университет

Кафедра "Теплогазоснабжение"

Курсовая работа

по дисциплине "Строительная теплофизика"

Выполнил студент

гр. _______ ________ _________________

дата подпись Фамилия и инициалы

Проверил и допустил

к защите ________ _________ ____________________

дата подпись Фамилия и инициалы

Нормоконтролер ________ _________ ____________________

дата подпись Фамилия и инициалы

Курсовая работа защищена

с оценкой _______ ________ _________ ____________________

дата подпись Фамилия и инициалы

Томск

Содержание

Введение 3 1. Исходные данные для расчета. 4 2. Расчет коэффициентов теплопередачи через наружные

ограждающие конструкции. 5

2.1. Расчет коэффициента теплопередачи через наружную стенку. 6

2.2. Расчет коэффициента теплопередачи через пол

чердачного перекрытия. 9

2.3. Расчет коэффициента теплопередачи через пол первого этажа

(над подвалом). 13

2.4. Расчет коэффициента теплопередачи через заполнение световых

проемов. 15 3. Расчет сопротивления воздухопроницанию ограждающих

конструкций. 17

3.1. Расчет разности давлений на наружной и внутренней поверхностях

ограждающих конструкций. 17

3.2. Расчет требуемого сопротивления воздухопроницанию. 17

3.3. Расчет сопротивления воздухопроницанию наружной стены. 18 4. Расчет температурно-влажностного режима наружной стены. 19

4.1. Определение общего сопротивления паропроницанию наружной

стены. 19

4.2. Расчет плотности потока водяного пара через наружную стену. 20

4.3. Расчет распределения температуры, кривых максимальной и

фактической упругости водяного пара по толщине наружной стены. 20

График расчетных значений функций tнс(х), Е(х), е(х) по толщины

стены. 23

4.4. Анализ кривых упругости водяного пара. 22 Список используемой литературы. 22

ВВЕДЕНИЕ

Во исполнение Закона РФ "Обэнергосбережении" от 03.04.96 г. N 28-ФЗ, Постановления Минстроя России от 11.08.95 г. N 18-81 "О принятии изменения N 3 строительных норм и правил СНиП 11-3-79* "Строительная теплотехника" и последующего изменения N 4, существенно изменены требования к теплотехническим свойствам наружных ограждений. Во всех субъектах РФ разрабатываются и реализуются региональные и городские программы энергосбережения, программы жилищно-коммунальных реформ, предусматривающие проектирование зданий с сопротивлением теплопередаче наружных ограждений по условиям энергосбережения, что особенно актуально для условий Сибири. В этой связи, в городе Томске успешно реализуется программа энергосбережения, утвержденная Постановлением главы областной администрации 22.05.96 г. N 132. Проектными организациями гор. Томска, при активном участии ученых ТГАСУ, предлагаются различные варианты конструкций наружных стен для нового строительства и для повышения теплозащитных свойств наружных ограждений существующих зданий.

Целью настоящей курсовой работы является закрепление теоретических знаний и получение навыков теплотехнических расчетов наружных ограждений на конкретных примерах:

- расчета требуемой толщины утепляющего слоя многослойной наружной стены, чердачного перекрытия, приведенного сопротивления и коэффициентов . теплопередачи наружной стены, пола на лагах первого этажа и заполнений световых проемов (окон);

- расчета воздухопроницаемости наружной стены и заполнений световых проемов;

- расчета температурного и влажностного режимов наружной стены с определением (при необходимости) сопротивления паропроницанию дополнительной пароизоляции на внутренней поверхности стены.

Результаты выполнения курсовой работы могут быть использованы при выполнении курсового проекта по отоплению гражданского здания.

Настоящие методические указания состоят из трех основных разделов: определение коэффициентов теплопередачи через наружные ограждающие конструкции (стены, перекрытия, пол первого этажа, заполнения световых проемов); определение сопротивления воздухопроницанию наружной стены и заполнений световых проемов; расчет температурно-влажностного режима наружной стены.

1.1. Район постройки здания - гор. Новосибирск.

1.2. Климатическая характеристика района постройки.

-- температура наружного воздуха наиболее холодной пятидневки

tх5= tн для коэффициента обеспеченности 0,92 (минус 39 °С);

-- средняя температура отопительного периода tот.пер со средней

суточной температурой наружного воздуха ≤ 8 °С (минус 8,7°С);

-- продолжительность отопительного периода Zот.п (230 суток);

-- средняя температура наружного воздуха самого холодного месяца

txмec (минус 18,8 °С);

-- средняя месячная относительная влажность воздуха наиболее холодного месяца ?хмес (80 %);

-- расчетная скорость ветра v для зимнего периода (максимальная из средних скоростей) по румбам за январь, повторяемость которых составляет 16 % и более (5,7 м/с).

1.3. Характеристика здания для всех вариантов одинакова:

-- жилой дом в пять этажей;

-- высота первого этажа -З м, последующих 2,7 м,

1.4. Характеристика помещения (одинаковая для всех вариантов):

-- жилая комната;

-- расчетная температура в помещении tв(20 °C);

-- расчетная относительная влажность воздуха ?в ( 50 %).

1.5. Характеристики наружных ограждений.

Конструкция наружных стен Конструкция пола чердачного

выбирается из прил. 2. перекрытия приведена в прил. 3.

1- гипсовый обшивочный 1- цементно-песчаный раствор

лист (?=800 кг/м3); (?=1800 кг/м3);

2- кладка из глиняного 2- железобетонная пустотная

кирпича (?=1600 кг/м3); плита (?=2500 кг/м3);

3- плиты минераловатные 3- маты минераловатные прошив-

жесткие (?=300 кг/м3); ные на синтетическом связу-

4- воздушная вентиляционная ющем (?=50 кг/м3)

полость, сообщающаяся с ?ж/б=260

наружным воздухом d=170

L=220

Коэффициенты теплопередачи через наружные ограждения зданий используются для расчета тепловых потерь помещений, которые необходимы при расчете тепловых нагрузок систем отопления зданий. Коэффициенты теплопередачи через наружные ограждения вычисляются из выражения:

k0=1/R0, (1)

где R0 - сопротивление теплопередаче, (м2*К)/Вт, ограждения, определяемое по [2, п.2.6*]

R0=1/?в +Rк+1/?н, (2)

где ?в - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м2*К), принимаемый по [2, табл. 4*], (?в = 8,7 Вт/(м2 *°С));

?н - коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной

поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м2*К), принимаемый

по [2, табл. 6*], (?н = 17 Вт/(м2*°С));

Rк - термическое сопротивление ограждающей конструкции, (м2*К)/Вт.

Для однородной однослойной конструкции значение Rк определяется по формуле [2]

Rк=?/?, (3)

где ? - толщина слоя, м;

? - теплопроводность слоя, Вт/(м*К).

Для конструкции с последовательно расположенными однородными

слоями значение Rк определяется по формуле [2]

Rк = R1+R2+...+ RN + Rв.п, (4)

где R1 , R2...RN - термические сопротивления слоев 1 , 2,..., N, определяемые по формуле (3);

Rв.п - термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки, принимаемое по прил. 4 с учетом примеч. 2 к п. 2.4* [2].

(Примечание: 2. Слои конструкции, расположенные между воздушной прослойкой, вентилируемой наружным воздухом, и наружной поверхностью ограждающей конструкции, не учитываются.)

Расчетные значения- теплопроводности ?1,... ?N и другие теплофизические свойства для материалов конструкций наружных ограждений выбираются из

прил. 4 в зависимости от условий эксплуатации (А или Б). Эти условия определяются с учетом температурного и влажностного режимов помещения (табл. 1) и по табл. 2. в зависимости от зоны влажности района строительства Сухому режиму помещения (жилая комната) и сухой зоне места строительства (г. Новосибирск- зона влажности 3) соответствуют условия эксплуатации А.

Rк=(0,01/0,19)+(0,25/0,70)+(0,05/0,07)=1,12 (м2*К)/Вт

R0=(1/8,7)+1,12+(1/17)=1,3 (м2*К)/Вт

k0=1/1,3=0,77

2.1. Расчет коэффициента теплопередачи через наружную стену

Цель расчета. Определить толщину конструкции наружной стены ?нс и

коэффициент теплопередачи kнc.

Исходные данные. Конструкция стены и размеры отдельных слоев показываются на рисунке (?ж/б=260; d=170; L=220). Теплофизические свойства материалов стены, для условий эксплуатации А, сводятся в табл. 1.

Таблица 1

Теплофизические свойства материалов наружной стены

Материал, (плотность, кг/м3) | Расчетные коэффициенты |  |  |  | Толщина слоя ?, м | Сопротивле ние воздухо проницанию Rи, м2*ч*Па/кг
 |  | Теплопроводности, ?, Вт/(м*К) |  | Паропроницаемос ти, ?, мг/м*ч*Па |  | 
 |  | А | Б |  |  | 
Гипсовый обши вочный лист (800 кг/м3) | 0,19 | - |  | 0,075 | 0,01 | 20
Кладка из гли няного кирпича (1600 кг/м3) | 0,70 | - | 0,11 |  | 0,25 | 18
Плиты минера ловатные жест кие (300 кг/м3) | 0,07 | - | 0,45 |  | 0,05 | 2
Воздушная вен тиляционная полость, сооб щающаяся с на ружным воз духом | - | - | - |  | - | -

Методика и пример расчета. Толщина утепляющего слоя наружной стены

хут определяется из условия, что сопротивление теплопередаче R0 должно быть не менее требуемого R0тр

R0>R0тр. (5)

Для расчета наружной стены, состоящей из четырех однородных слоев, выражение (5) имеет вид

(1/?в)+(?1/?1)+(?2/?2)+(хут/?ут)+(?4/?4)+(1/?н)≥R0тр. (6)

Откуда

хут≥?ут[R0тр - ((1/?в)+(?1/?1)+((?2+?4)/?2)+(1/?н))]. (7)

Требуемое сопротивление теплопередаче наружной стены R0тр,

отвечающее санитарно-гигиеническим и комфортным условиям, определяется по формуле [2]:

R0тр = n* (tв - tн) , (8)

?tн - ?в

где n - коэффициент, зависящий от положения наружной поверхности ограждения относительно наружного воздуха, выбирается

по [2, табл. 3*] (n= 1);

?tн - нормируемый перепад температуры между внутренним воздухом и внутренней поверхностью ограждения (выбирается по табл. П.5.2);

tв - расчетная температура внутреннего воздуха, °С, принимаемая согласно ГОСТ 12.1.005-88 и нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений;

tн - расчетная зимняя температура наружного воздуха равная средней - температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92

выбирается по СНиП 23-01-99 или в прил. 9.

Нормируемый перепад температуры ?tн = 4 °С (см. табл. П.5.2) и коэффициент n= 1 вследствие того, что наружный воздух непосредственно контактирует с наружным ограждением. Тогда

R0тр = 1*(20+39) = 1,695 (м2*К)/Вт.

4*8,7 Полученное значение отвечает санитарно-гигиеническим и комфортным условиям.

Определим значение R0тр, отвечающее условиям энергосбережения. Значения R0тр для этого случая приведены к табл. П.5.1 и зависят от вида ограждающей конструкции и градусо-суток отопительного периода (ГСОП).

R0тр ГСОП = (tв - toп)*Zoп, (9)

где toп, Zоп - средняя температура, °С и продолжительность, сут. периода со

средней суточной температурой воздуха ≤ 8 °С (см. прил. 9). Для расчета:

tв = 20 °С, toп = минус 8,7°С; Zoп = 230 сут.

ГСОП = (20 + 8,7)*230 = 6601 °С*сут.

По условиям энергосбережения (табл. П.5.1) для ГСОП = 6000 °С*сут. значение R0тр = 3,5 (м2*К)/Вт, а для ГСОП = 8000 °С*сут. значение

R0тр= 4,2 (м2*К)/Вт.

Интерполируя по расчетному значению градусо-суток отопительного периода 6601 °С*сут., получаем

R0тр= 3,5 + 4,2-3,5 *601 = 3,710 (м2*К)/Вт.

8000-6000 Расчетным значением требуемого термического сопротивления наружной стены выбирается наибольшее, в данном случае вычисленное по условию энергосбережения

R0тр = 3,710 (м2*К)/Вт.

Из условия (7) при ?н = 23 Вт/(м2*К) находим толщину утепляющего слоя конструкции

хут = 0,07[3,710-((1/8,7)+(0,01/0,19) +(0,25/0,7)+(1/23))]= 0,221 м.

Округлив в сторону увеличения, получаем хут = 0,22 м.

Расчетная толщина наружной стены составляет

?нс= 0,01+0,25+0,22 = 0,48 м.

Расчетное сопротивление теплопередаче наружной стены вычисляется с уточненной толщиной утеплителя

R0нс =(1/8,7)+(0,01/0,19)+(0,25/0,7)+(0,48/0,07)+(1/23)=7,42 (м2*К)/Вт.

Расчетный коэффициент теплопередачи наружной стены, в соответствии с (1), составит

kнс = 1/7,42 = 0,13 Вт/(м2*К).

Результаты расчета.

Толщина утепляющего слоя ?ут = 0,22 м.

Толщина наружной стены ?нс = 0,48 м.

Расчетный коэффициент теплопередачи кнс = 0,13 Вт/(м2*К).

2.2. Расчет коэффициента теплопередачи через пол

чердачного перекрытия

Цель расчета. Определить толщину ограждения ?пт и коэффициент

теплопередачи kпт.

Исходные данные. Конструкция пола чердачного перекрытия (показывается на рисунке, как в прил. 3). Размеры железобетонной плиты выбираются из таблицы прил. 3. Для расчета: ?ж/б = 0,26 м; d = 0,17 м; L = 0,220 м. Теплофизические свойства материалов конструкции выбираются из прил. 4, как показано выше, и сводятся в табл. 2.

Таблица 2

Теплофизические свойства материалов конструкции пола

чердачного перекрытия

Материал, (плотность, кг/м3) | Расчетные коэффициенты |  |  | Тол щи на слоя ?, м | Сопротивление воздухопроница нию, Rи, м2*ч*Па/кг
 |  | теплопровод ности, ?, Вт/(м*К) |  |  | 
 |  | А | Б |  | 
Штукатурка цементно песчаным раствором (1800 кг/м3) | 0,76 | - | 0,090 | 0,015 | 373
Железобетон | 1,92 |  | 0,03 | 0,1 | 19620
Маты минераловатные прошивные (50 кг/м3) | 0,052 | - | 0,53 | 0,05 | 2

Методика и пример расчета. Толщина утепляющего слоя определяется из выражения

хут = ?ут[R0тр - ((1/?в)+Rпл+(?р/?р)+(1/?н))], (10)

где R0тр - требуемое сопротивление теплопередаче ограждения, (м2*К)/Вт; Rпл - термическое сопротивление железобетонной плиты, (м2*К)/Вт;

?р - толщина слоя цементно-песчаного раствора, м;

?р - теплопроводность цементно-песчаного раствора, Вт/(м*К).

Требуемое сопротивление теплопередаче ограждения R0тp, отвечающее санитарно-гигиеническим и комфортным условиям, определяется по формуле (8):

R0тр = n*(tв - tн) = 1*(20+39) = 2,261 (м2*К)/Вт

?tн*?в 3*8,7 Полученное значение отвечает санитарно-гигиеническим требованиям и комфортным условиям.

Значение R0тр, отвечающее условиям энергосбережения, определено ранее по формуле (9) и составляет 6601 °С*сут. Из таблицы П.5.1 видим, что при ГСОП = 6000 °С*сут. значение R0тр = 4,6 (м2*К)/Вт, а при ГСОП =

8000 °С*сут. значение R0тр= 5,5 (м2*К)/Вт. Для значений ГСОП =

6601 °С*сут.

R0тр = 4,6 + 5,5 - 4,6 *601 = 4,870 (м2*К)/Вт.

8000-6000 Расчетным значением требуемого термического сопротивления чердачного перекрытия будет в данном случае величина

R0тр= 4,870 (м2*К)/Вт.

Выполним расчет Rпл.

Входящая в состав чердачного перекрытия многопустотная плита является неоднородной конструкцией. Для нее в соответствии с [2, п.2.8] определяется приведенное термическое сопротивление Rпp = Rпл изложенным ниже

способом.

Для упрощения расчета заменяем круглое поперечное сечение пустот в плите равновеликим квадратным (рис. 1) с площадью

Fэкв = ?*d2/4 = а2. (11)

Сторона квадрата из (11) будет равна

а = (d/2)*(?)1/2 =(0,17/2)*(3,1416)1/2 = 0,151 м.

В соответствии с нормативным методом расчета при Ra/Rб < 1,25 [2]

Rпр = (Rа +2Rб)/3. (12)

Величина Ra вычисляется с использованием схемы, изображенной на

рис. 1, а. Между условными плоскостями, параллельными направлению теплового потока (снизу - вверх), получаем две конструкции: трехслойную с однородными слоями между плоскостями I и II; однослойную - между плоскостями II и III. Площадь, которую воспринимает тепловой поток в трехслойной конструкции, обозначим через F1 = а * 1 = 0,151 * 1 = 0,151 м. Площадь, которая воспринимает тепловой поток в однослойной конструкции обозначим через F2 = (l - а)* 1 =(0,220 - 0,151) * 1=0,069 м.

Термическое сопротивление трехслойной конструкции определяется по формуле (4)

R1В =(?1/?ж/б)+Rвп +(?3/?ж/б). (13)

1 2 3

FF

F1 F2

1 2 3 L

а)

F1 F2

б)

Рис.1. Схемы расчета термического сопротивления многопустотной

железобетонной плиты пола чердачного перекрытия

(неоднородная ограждающая конструкция):

а) расчетная схема для определения термического сопротивления Rа;

б) расчетная схема для определения термического сопротивления Rб. Термическое сопротивление воздушной прослойки Rвп определяем по

[2, прил. 4] или из табл. П.5.5. При ?вп = а = 0,151 м, направлении теплового потока снизу вверх и положительной температуре в прослойке Rвп = 0,19

(м2*К) /Вт. Тогда, при ?1 + ?3 = (?ж/б - а), имеем

R1В = 0,26 - 0,151 +0,19 = 0,247 (м2*К)/Вт.

1,92 Термическое сопротивление однослойной конструкции R2в определяем по формуле (3)

R2В = ?ж/б/?ж/б = 0,26/1,92=1,368 (м2*К)/Вт.

Значение Ra определится по формуле [2]

Rа = F1+F2 , (14)

(F1 / R1в)+ (F2 / R2в)

Rа = 0,151+0,069 = 0,333 (м2*К)/Вт.

(0,151/0,247)+(0,069/1,368) Величина Rб вычисляется с использованием схемы на рис. 1, б. Плоскостями IV и V, перпендикулярными направлению теплового потока (в данном случае горизонтальными), условно разделяем конструкцию на однородные и неоднородные слои. Тогда искомое термическое сопротивление определится как сумма термических сопротивлений однородных слоев R1, R3 и неоднородного слоя R2

Rб = R1+R2 + R3. (15)

Термическое сопротивление однородных слоев толщиной ?1 и ?3 вычисляется по формуле (3)

R1 = R3 = (?ж/б - а)/(2*?ж/б) = (0,26-0,151)/(2*1,92)=0,028 (м2*К)/Вт.

Для неоднородного слоя, приведенное термическое сопротивление определяется по формуле (11)

R2 = F1+F2 ,

(F1/R1г)+(F2 /R2г)

где R1г =RВП =0,190 (м2*К)/Вт; R2г =а/?ж/б =0,151/1,92 = 0,079 (м2*К)/Вт.

R2 = 0,151+0,069 = 0,132 (м2*К)/Вт.

(0,151/0,19)+(0,069/0,079) По формуле (15) вычисляем Rб

Rб = 0,028 + 0,132 + 0,028 = 0,188 (м2*К)/Вт.

Убеждаемся, что отношение Rа/Rб= 0,333/0,188 = 1,77 меньше 1,25. Поэтому правомерно использовать формулу (12) для расчета приведенного термического сопротивления многопустотной железобетонной плиты пола чердачного перекрытия:

qрасч =?в *(tв - ?в.ср) =?н *(?н.ср - tн).

qрасч =8,7*(20 - )= = .

RПЛ = RПР = .

По формуле (10) определяем толщину утепляющего слоя

хут =0,052[4,870 - ((1/8,7)+(0,02/0,76)+( )+(1/12))]=

Округляем полученное значение в сторону увеличения и принимаем

далее в расчет ?ут = 0,23 м. Толщина ограждения составит

?пт = ?р + ?ж/б + ?ут = 0,02 + 0,26 + 0,23 = 0,51 м.

Уточняем расчетное значение сопротивления теплопередаче ограждения по формуле (2)

R0 =(1/8,7)+(0,02/0,76)+( )+(0,23/0,51)+(1/12)= (м2*К)/Вт.

Искомый коэффициент теплопередачи вычисляем по формуле (1)

кпт =1/R0 = 1/ = Вт/(м2*К).

Результаты расчета. Толщина ограждения ?пт = 0,51 м.

Толщина утепляющего слоя ?ут = 0,23 м.

Коэффициент теплопередачи kпт= Вт/(м2 *К).

2.3. Расчет коэффициента теплопередачи пола первого этажа (над подвалом)

Цель расчета. Определить толщину конструкции пола на лагах ?пл и коэффициент теплопередачи этого ограждения kпл.

Исходные данные. Конструкция с размерами элементов пола, включающая сосновые доски на лагах, которые опираются через кирпичные столбики на железобетонную панель перекрытия (показывается на рисунке, аналогично рис. 3). Теплофизические свойства материалов, используемых в перекрытии, устанавливаются аналогично п.2.1, п.2.2 и сводятся в таблицу. Для рассматриваемого примера данные сведены в табл.3.

Таблица 3

Теплофизические свойства материалов пола первого этажа

Материал (плотность, кг/м3) | Расчетные коэффициенты |  |  | Толщи на слоя, ?, м | Сопротивление воздухопрони цанию, Rи, м2*ч*Па/кг
 |  | теплопровод ности, ?, Вт/(м*К) |  |  | 
 |  | А | Б |  | 
Сосна поперек волокон (?=500 кг/м3) | 0,14 | - | 0,06 | 0,029 | 1,5
Маты минераловатные прошивные на синтети ческом связующем (?=75 кг/м3) | 0,06 | - | 0,490 | 0,05 | 2
Железобетон (?=2500 кг/м3) | 1,92 | - | 0,03 | 0,160 | 19620

0x01 graphic

Рис. 2. Конструкция пола первого этажа:

1 - доска сосновая (?=500 кг/м3);

2 - воздушная прослойка (?вп=0,04 м);

3 - маты минераловатные на синтетическом связующем (?=75 кг/м3);

4 - панель перекрытия железобетонная (?=2500 кг/м3)

Методика и пример расчета. Требуемое сопротивление теплопередаче, отвечающее санитарно-гигиеническим и комфортным условиям, определяем аналогично п.2.2. Для рассматриваемого примера tв, tн и ?в - те же, что в

п. 2.2; ?tн= 2 °С (табл. П.5.2); n = 0,4 [2].

R0тр = 0,4*(20 +39)/(2*8,7) = 1,356 (м2*К)/Вт.

Требуемое сопротивление теплопередачи, отвечающее условию энергосбережения, определяется аналогично п.2.2 между 4,6 и 5,5 (м2*К)/Вт по табл. П.5.1

R0тр= 4,6 + 5,5 - 4,6 *601 = 4,870 (м2*К)/Вт.

2000 Расчетное R0тр принимаем большее из полученных значений

R0тр= 4,870 (м2*К)/Вт.

Толщина утепляющего слоя определится из выражения

хут ≥?ут [R0тр - ((1/?в)+(?д/?д)+Rвп+(?ж/б /?ж/б)+(1/?н))].

Для рассматриваемого примера: ?ут = 0,029 м; Rвп= 0,165 (м2*К)/Вт;

?ж/б = 0,16 м; ?н = 6 Вт/(м2*К). Тогда

хут ≥0,06[4,870 - ((1/8,7)+(0,029/0,140)+0,165+(0,16/1,92)+(1/6))]=0,248 м.

Округляем полученное значение хут = 0,25 м с последующим уточнением расчетного значения сопротивления теплопередачи и толщины конструкции пола:

Rпл =(1/8,7)+(0,029/0,140)+0,165+(0,25/0,06)+(0,16/1,92)+(1/6)=

=4,904 (м2*К)/Вт;

?пл = 0,029 + 0,04 + 0,25 + 0,160 = 0,479 м.

Коэффициент теплопередачи пола первого этажа определится по формуле (1)

кпл= 1/4,904 = 0,204 Вт/(м2*К).

Результаты расчета. Толщина утепляющего слоя хут = 0,25 м;

Толщина конструкции пола ?пл = 0,48 м;

Коэффициент теплопередачи кпл = 0,204 Вт/(м2*К).

2.4. Расчет коэффициента теплопередачи через заполнения

световых проемов

Цель расчета. Выбрать конструкцию заполнения световых проемов,

определить коэффициент теплопередачи k0.

Исходные данные. Расчетная температура внутреннего воздуха tв= 20 °С; средняя температура наиболее холодной пятидневки (обеспеченность 0,92) tх5 = tн= минус 39 °С. Методика и пример расчета. Приведенное сопротивление теплопередачи R0тр заполнений световых проемов (окон, балконных дверей и фонарей) принимается по табл. П.5.1 в зависимости от значения ГСОП. Для примера расчета эта величина равна 6601 °С*сут. Для ГСОП = 6000 °С*сут. (из табл.

П.5.1) имеем R0тp = 0,60 (м2*К)/Вт, а для ГСОП = 8000 °С*сут. эта величина

равна R0тр = 0,70 (м2*К)/Вт. Интерполяция между этими значениями для ГСОП= 6601 °С*сут. дает значение

R0 тp = 0,60 + 0,70 - 0,60 * 601 = 0,6301 (м2*К)/Вт.

8000-6000 С учетом того, что R0 должно быть больше R0тр, из табл. П.5.3 находим, что требуемому сопротивлению теплопередаче, определенному выше, соответствует для жилых помещений: тройное остекление в деревянных

раздельно - спаренных переплетах R0 = 0,55 (м2*К)/Вт; двухслойные стекло-

пакеты в деревянных переплетах с твердым селективным покрытием внутреннего стекла R0= 0,49 (м2*К)/Вт.

Принимаем для жилых помещений тройное остекление в деревянных раздельно-спаренных переплетах. Коэффициент теплопередачи через окна

составит k0 = 1/Ro = 1/0,55 =1,818 Вт/(м2*К).

Результаты расчета. k0 = 1,818 Вт/(м2*К).

3.1. Расчет разности давлений на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций

Воздухопроницаемость материалов наружных ограждающих конструкций определяется их сопротивлением воздухопроницанию, которое должно быть не менее требуемого сопротивления Rитр, рассчитанного [2] по формуле:

Rитp = ?p/Gн, (16)

где ?р - разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверх-

ностях ограждающих конструкций, Па;

Gн - нормативная воздухопроницаемость ограждающих конструк-

ций, кг/(м2*ч), принимаемая по таблице П.5.4.

Разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций определяется по формуле

?р = 0,55 Hp(gн - gв) + 0,03 gн v2, (17)

где Нр - расчетная высота здания (от поверхности земли до верха карниза),м;

gн , gв - удельный вес соответственно наружного и внутреннего воздуха, Н/м3 , определяемый по формулам

gн = 3463 /(273 + tн); gв = 3463 / (273 + tв); (18)

v - максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь, повторяемость которых составляет 16 % и более, определяемая из прил. 9.

Для примера расчета: Нр=3+2,7*4=13,8 м; tн= минус 39 °С; tв = 20 °С; v = 5,3 м/с.

gн = 3463/(273 - 39) = 14,799 Н/м3;

gв = 3463/(273 + 20) = 11,819 Н/м3;

?р = 0,55*13,8*( 14,799 -11,819)+ 0,03*14,799*(5,3)2 = 35,09 Па.

3.2. Определение требуемого сопротивления воздухопроницанию

Для наружной стены расчет выполняется по формуле (2.1).

Для рассматриваемого примера (табл. П.5.4) величина Gн = 0,5 кг/(м2*ч). Тогда

Rитр = 35,09/0,5 = 70,18 м2*ч*Па/кг.

Для окон и балконных дверей требуемое сопротивление воздухопроницанию жилых и общественных зданий определяется по формуле [2]:

Rитp = (l/Gн)*[(?p/?рo)2/3], (19)

где ?ро = 10 Па - разность давления воздуха, при которой определяется

сопротивление воздухопроницанию.

Для рассматриваемого примера из табл. П.5.4 находим Gн = 6 кг/(м2*ч).

Rитр = ((35,09/10)2/3)/6 = 0,385 м2*ч*Па/кг.

Сопротивление воздухопроницанию, в соответствии с [2, п 5.5*], окон и балконных дверей жилых и общественных зданий, а также окон и фонарей производственных зданий Rи должно быть не менее требуемого, определенного по формуле (19). Госстроем РФ введена обязательная сертификация заполнений световых проемов, предусматривающая определение Rи в программе сертификационных испытаний.

3.3. Расчет сопротивления воздухопроницанию наружной стены

Сопротивление воздухопроницанию Rи, м2*ч*Па/кг, наружной стены (как многослойной ограждающей конструкции) равно сумме сопротивлений воздухопроницанию каждого слоя:

Rи = Rи1+Rи2 + Rи3 + Rи4. (20)

Сопротивление воздухопроницанию слоев ограждающих конструкций (стен, покрытий), расположенных между воздушной прослойкой, вентилируемой наружным воздухом, и наружной поверхностью ограждающей конструкции, не учитывается.

Для примера расчета из прил. 4 или [2, прил. 9*] определяем

Rи1 = 20 м2*ч*Па/кг; Rи2 = 18 м2*ч*Па/кг; Rи3 = 2 м2*ч*Па/кг.

Тогда

Rи = 20 +18 +2 = 40 м2*ч*Па/кг.

Сравнивая полученное Rи с требуемым (70,18 м2 чПа/кг), убеждаемся,

что конструкция наружной стены удовлетворяет требованиям по воздухопроницаемости.

При наличии слоя штукатурки из цементно-песчаного или известкового растворов в первую очередь определяется сопротивление воздухопроница

нию этого слоя. Если оно оказывается больше требуемого, то стена удовлетворяет требованиям по воздухопроницанию.

Цель расчета. Определение общего сопротивления паропроницанию наружной стены Rоп, (м2*ч*Па/мг), определение плотности потока водяного пара gп (мг/м2*ч), расчет температурного поля по толщине стены tнс(x), расчет кривой максимальной упругости водяного пара по толщине стены Е(х), расчет кривой фактической упругости водяного пара по толщине стены е(х), анализ взаимного расположения кривых упругости водяного пара. Методика и пример расчета излагаются ниже.

4.1. Определение общего сопротивления паропроницанию наружной стены

Сопротивление паропроницанию многослойной конструкции наружной стены складывается из сопротивлений влагообмену на ее внутренней Rпв и наружной Rпн поверхностях, а также суммы сопротивлений паропроницанию каждого слоя i (i =1 ... N).

Roп = Rпв + ?Ri + Rпн. (21)

Сопротивление паропроницанию каждого слоя конструкции вычисляется по формуле

Ri=?i / ?i, (22)

где ?i - толщина слоя, м;

?i - расчетный коэффициент паропроницаемости, м*ч*Па/мг. Сопротивления влагообмену принимаются для всех вариантов:

RПВ = 0,0267 м2*ч*Па/мг; RПН = 0,0053 м2*ч*Па/мг;

Сопротивления паропроницаемости отдельных слоев для рассматриваемого примера вычисляем по (2.1), м2 *ч*Па/мг:

RП1 = 0,01/0,075 = 0,133; RП2 = 0,25/0,11 = 2,273;

RП3 = 0,05/0,45 = 0,111;

Общее сопротивление паропроницаемости наружной стены

Roп = 0,0267+0,133+2,273+0,111+0,0053 = 2,549 м2*ч*Па/мг.

4.2. Расчет плотности потока водяного пара через наружную стену

Искомая величина gп определяется по формуле

gп = (eв - eн) / Rоп, (23)

где ев - расчетная упругость водяного пара (парциальное давление) в воздухе помещения, Па;

ен - расчетная упругость водяного пара в наружном воздухе, Па.

Величины ев и ен определяются из выражений:

ев = Ев*?в /100; ен = Енмес *?нмес /100, (24)

где Ев, Ен - упругость водяного пара при полном насыщении, определяются из прил. 6 по температурам tв и txмес соответственно;

?в, ?нмес - относительная влажность воздуха (выбирается в соответствии с вариантом из прил. 9)

Для рассматриваемого примера: ?в, = 50 %; ?нмес = 80 %; Ев = 2338 Па;

Енмес = 116 Па (для txмес = минус 18,8 °С).

ев= 2338*50/100 = 1169 Па;

ен= 116*80/100 = 92,8 Па.

gп = (1169 - 92,8)/2,549 = 422,2 мг/(м2*ч).

4.3. Расчет распределения температуры, кривых максимальной

и фактической упругости водяного пара по толщине наружной стены

По толщине каждого отдельного слоя функция tнс(x) будет линейна, но функции Е(х) и е(х) зависят от температуры нелинейно (рис. 3). Для учета нелинейности этих функций в слое кирпичной глиняной кладки (?2=0,38 м)

введем дополнительную координату (х=0,1 м, х=0,3 м), а в слое утеплителя

(?ут = 0,22 м) введены две дополнительные координаты (х =0,5 м) Температура tнс(x) на любой координате по толщине стены определяется по

формуле

tнc(x)=tВ - RРнс(х) *(tВ - tНмec), (25)

R0нс

где - RРнс(x) - расчетное сопротивление теплопередаче ограждения со стороны помещения до рассматриваемой координаты х.

При х = 0

RРнс (0) = 1/ ?В = 0,1149 (м2*К)/Вт.

При х = 0,02

RРнс(0,02) = 1/?в + ?1/?1 = 0,1149 + 0,02/0,19 = 0,2202 (м2*К)/Вт.

При х = 0,1

RРнс (0,1) = 0,2202 + 0,08/?2 = 0,2202 + 0,08/0,25 =0,5402 (м2*К)/Вт

При х = 0,3

Rрнс(0,3) = 0,5402 + 0,2/?2 = 0,5402 + 0,2/0,25 = 1,3402 (м2*К)/Вт.

При х = 0,4

Rрнс(0,4) = 1,3402 + 0,1/?2 = 1,3402 + 0,1/0,25 = 1,7402 (м2*К)/Вт.

При х = 0,5

Rрнс(0,5) = 1,7402 + 0,1/?ут = 1,7402 + 0,1/0,05 = 3,7402 (м2*К)/Вт.

При х = 0,62

Rрнс(0,62) = 3,7402 + 0,12/?ут = 3,7402 + 0,12/0,05 = 6,1402 (м2*К)/Вт.

tнc(0) = 20 - (0,1149/7,42)*(20+18,8) = 19,42 оС

tнc(0,02) = 20 - (0,2202/7,42)*38,8 = 18,84 оС

tнc(0,1) = 20 - (0,5402/7,42)*38,8 = 17,28 оС

tнc(0,3) = 20 - (1,3402/7,42)*38,8 = 13,02 оС

tнc(0,4) = 20 - (1,7402/7,42)*38,8 = 11,08 оС

tнc(0,5) = 20 - (3,7402/7,42)*38,8 = 0,6 оС

tнc(0,62) = 20 - (6,1402/7,42)*38,8 = - 12,2 оС

Значения функции Е(х) выбираются по температурам tнс(x) из прил. 6, а значения функции е(х) вычисляются по формуле

е(х) = ев - Rоп (х) *(ев - ен), (26)

Rоп где Roп (x) - сопротивление паропроницаемости части стены от внутренней поверхности до рассматриваемого сечения с координатой х. При х = 0, имеем Rоп (0)=Rпв= 0,027 м2*ч*Па/мг;

Roп(0,02) = 0,027 + 0,02/0,075 = 0,294 м2*ч*Па/мг.

Roп(0,1) = 0,294 + 0,08/0,11 = 1,021 м2*ч*Па/мг;

Rоп(0,3) = 1,021 + 0,2/0,11 = 2,839 м2*ч*Па/мг ;

Roп(0,4) = 2,839 + 0,1/0,11 = 3,748 м2*ч*Па/мг;

Roп(0,5) = 3,748 + 0,1/0,45 = 3,97 м2*ч*Па/мг ;

Roп(0,62) = 3,97 + 0,12/0,45 = 4,237 м2*ч*Па/мг.

е(0) = 1169 - (0,027/2,549)*(1169 - 92,8) = 1157,162 Па;

е(0,02) = 1169 - (0,294/2,549)*1076,2 = 1045,237 Па;

е(0,1) = 1169 - (1,021/2,549)*1076,2 = 737,444 Па;

е(0,3) = 1169 - (2,839/2,549)*1076,2 = - 29,887 Па;

е(0,4) = 1169 - (3,748/2,549)*1076,2 = - 413,014 Па;

е(0,5) = 1169 - (3,97/2,549)*1076,2 = - 506,643 Па;

е(0,62) = 1169 - (4,237/2,549)*1076,2 = - 619,644 Па.

Для анализа возможной конденсации водяного пара по толщине наружной стены вычисляется и разность е(х) - Е(х).

Результаты расчета сводятся в таблицу 4.

Таблица 4

Расчетные значения функций Rрнс(х), tнс(х), Е(х), Rоп(х), е(х), е(х) - Е(х)

х, м | 0 | 0,02 | 0,1 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,62
Rрнс(х) | 0,1149 | 0,2202 | 0,5402 | 1,3402 | 1,7402 | 3,7402 | 6,1402
tнс(х) | 19,42 | 18,84 | 17,28 | 13,02 | 11,08 | 0,6 | -12,2
Е(х) | 2278,78 | 2085,28 | 2028,44 | 1498,96 | 1395,72 | 629,4 | 213
Rоп(х) | 0,027 | 0,294 | 1,021 | 2,839 | 3,748 | 3,97 | 4,237
е(х) | 1157,162 | 1045,237 | 737,444 | -29,887 | -413,014 | -506,643 | -619,644
е(х)- Е(х) | -1121,618 | -1040,043 | -1290,996 | -1528,847 | -1808,734 | -1136,043 | -832,644

4.4. Анализ кривых упругости водяного пара

При рассмотрении взаимного расположения кривых функций е(х) и Е(х) кривые не пересекаются, а это означает, что при средней температуре самого холодного месяца конденсации водяного паров в толще ограждения не будет и расчет на этом заканчивается.

Список используемой литературы

1. СниП 23-01-99. Строительная климатология. Приняты и введены в действие с 1 января 2000г. постановлением Госстроя России от 11.06.99 г.

2. СниП 2-3-79*. Строительная теплотехника (с изм. N 4).-М.:В.шк.

3. Цветков Н.А. Теплотехнический расчет наружных стен и заполнений световых проемов: Методические указания к курсовой работе по дисциплине "Строительная теплофизика" для студентов заочной формы обучения.

Н.А. Цветков. Томск. Изд-во ТГАСУ, 2002.-43с.

Исходные данные к заданию

на проектирование отопления

студент гр._______, фак.________ ________________________

(Фамилия и инициалы)

-- Район постройки - г. __________________.

-- Расчетная зимняя температура tн = ______°С.

-- Расчетные значения толщин наружных ограждений и коэффициентов теплопередачи.

Толщина утепляющего слоя ?ут = _______ м.

Толщина наружной стены ?нс = _______ м.

Коэффициент теплопередачи kнс = _______ Вт/(м2*К).

Толщина утепляющего слоя ?ут = _______ м.

Толщина конструкции пола ?пт = _______ м.

Коэффициент теплопередачи kпт = _______ Вт/(м2*К).

Толщина утепляющего слоя ?ут = _______ м.

Толщина конструкции пола ?пл = _______ м.

Коэффициент теплопередачи kпл = _______ Вт/(м2*К).

Коэффициент теплопередачи k0 = _______ Вт/(м2*К). Результаты расчетов

подтверждаю

Руководитель курсовой работы

по дисциплине "Строительная

теплофизика" ______________ ________________

(подпись) (Фамилия и нициалы) 22 Fэ