Расчет теплозащиты здания в г. Магнитогорск

Расчет теплозащиты здания в г. Магнитогорск

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

“Уральский федеральный университет имени первого президента России

Б.Н. Ельцина”

Кафедра теплогазоснабжение и вентиляция

Курсовая работа

Расчет теплозащиты здания в г. Магнитогорск

Д.С.270109.С-38071.07.КР.10-СТФ

Преподаватель Толстова Ю.И.

Студент Дубинкин А.В.

Екатеринбург 2010

СОДЕРЖАНИЕ

1.   ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

2.   ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

2.1 Требуемое сопротивление теплопередаче

2.2 Сопротивление теплопередаче по условиям энергосбережения

2.3     Определение толщины утепляющего слоя

3.   ТЕПЛОУСТОЙЧИВОСТЬ ПОМЕЩЕНИЯ

4.   ВЛАЖНОСТНЫЙ РЕЖИМ ОГРАЖДЕНИЯ

5.   ВОЗДУХОПРОНИЦАНИЕ

5.1 Проверка ограждающих конструкций на инфильтрацию

5.2     Расчет затрат тепла на инфильтрацию

6. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

теплопередача теплоустойчивость помещение

Исходные данные приняты для варианта №11

Расчетная температура внутреннего воздуха tв принимается для жилых комнат согласно [1] в холодный период года равной +18 °С при температуре холодной пятидневки tн>-30 0С и +20 оС при tн <-30 0С, относительная влажность воздуха φ = 55 %.

Капитальные внутренние стены выполнены из силикатного кирпича (плотность ρ =1800 кг/м3) толщиной 380 мм; внутренние перегородки - из бетонных плит (ρ =2400 кг/м3) толщиной 100 мм. Отделка внутренних поверхностей стен такая же, как у наружной стеновой панели по заданию. Конструкции перекрытий принимаются по прил. 4. Высота помещения между отметками полов 3,0 м; высота окна 1,8 м; высота двери 2,0 м, толщину деревянной двери принять 40 мм.

Условия эксплуатации ограждающих конструкций:

Влажностный режим помещений: нормальный

Зона влажности: 3 - влажная, условия эксплуатации Б.

Схема стеновой панели приведена на Рис. №1:

Рис. №1 Схема стеновой панели

Примечания.

1. Нумерация слоев ограждающих конструкций со стороны помещения.

2.       На схемах приведены только те элементы конструкций, которые необходимы для теплотехнического расчета.

Плотности материалов р указаны в кг/м3, толщина слоя δ - в мм, - толщина утепляющего слоя, которую предстоит определить на основании теплотехнического расчета.

План жилой комнаты приведен на Рис. №2

Рис. №2. План жилой комнаты

2. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

.1 Требуемое сопротивление теплопередаче

Сопротивление теплопередаче  рассчитывается по формуле:

 - требуемое сопротивление теплопередаче, м2 °С /Вт

n - поправочный коэффициент на расчетную разность температур, зависящий от положения наружной поверхности по отношению к наружному воздуху; для наружных стен согласно [2] n=1

 - расчетная температура внутреннего воздуха, оС;

 - расчетная температура наружного воздуха, равная температуре холодной пятидневки, оС;

 - нормируемый температурный перепад (разность) между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности стены, принимаемый по табл.2;

 - для жилых комнат в холодный период года при

=1

Получаем  далее сопоставим с , рассчитанном в следующем пункте.

Требуемое сопротивление теплопередаче окон

Требуемое сопротивление теплопередаче окон принимается согласно [2] в зависимости от разности температур внутреннего воздуха и средней температуры наиболее холодной пятидневки  по табл. 3.

Принимаем: Тройное в деревянных переплетах (спаренных и одинарных).

2.2     Сопротивление теплопередаче по условиям энергосбережения

Сопротивление теплопередаче по условиям энергосбережения  принимается по табл. 4 в зависимости от величины градусо-суток отопительного периода В:

 - средняя температура наружного воздуха за отопительный период, оС;

 - продолжительность отопительного периода, сут.

 градусосуток

-стен

-окон

Сравниваем  и  как для окон так и для стен, и принимаем большее

2.3 Определение толщины утепляющего слоя

Расчетное сопротивление теплопередаче  ограждающей конструкции принимается равным большему из полученных значений  и  . Из уравнения находится термическое сопротивление слоя утеплителя  , по величине которого можно определить толщину утепляющего слоя конструкции:

 - термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, определяемые для всех слоев (за исключением воздушных прослоек) как  м2 оС / Вт. Термическое сопротивление замкнутых вертикальных воздушных прослоек при толщине 0,03...0,05 м можно принять согласно [2] Rвп = 0,16 м2 оС / Вт; толщина i -го слоя, м;

 - толщина i -го слоя, м;

 - коэффициент теплопроводности материала i -го слоя, Вт/(м °С);

 - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции; для зимних условий согласно [2] для поверхностей, соприкасающихся с наружным воздухом,  =23 Вт /(м2 °С).

м2 оС / Вт

м

3.
ТЕПЛОУСТОЙЧИВОСТЬ ПОМЕЩЕНИЯ

Тепловой режим помещения, как правило, нестационарный. Это связано с изменениями температуры наружного воздуха, теплоотдачи систем отопления, тепловыделений от оборудования, теплопоступлений от солнечной радиации. Нестационарность теплового режима помещений необходимо учитывать в следующих случаях:

·   при аварийных отключениях систем теплоснабжения и отопления;

·   при регулировании центральных систем отопления пропусками, а также при печном отоплении;

·   при обосновании необходимости дежурного отопления в период между рабочими сменами;

·   при учете периодических теплопоступлений от солнечной радиации.

При уменьшении теплопоступлений воздух в помещении начинает охлаждаться и его температура со временем уменьшается. Этому препятствует теплоотдача в помещение всех ранее нагретых поверхностей ограждающих конструкций, которые обладают теплоаккумулирующими свойствами.

Способность ограждающих конструкций помещения уменьшать колебания температуры внутреннего воздуха при периодических тепловых потоках называется теплоустойчивостью помещения.

Оценку теплоустойчивости помещения производят по величине амплитуды колебания температуры внутреннего воздуха. При регулировании систем центрального отопления допустимая амплитуда колебания температуры воздуха в помещении  составляет ± 1,5 оС, при печном отоплении ± 3 оС. При аварийном режиме и дежурном отоплении температура внутреннего воздуха не должна опускаться ниже + 5 оС, а допустимая амплитуда изменения температуры внутреннего воздуха не должна превышать величину (  - 5) / 2.

В курсовой работе необходимо определить амплитуду изменения температуры внутреннего воздуха для заданной комнаты при регулировании работы системы центрального отопления пропусками при  =0 0С. Режим регулирования принять следующий: m = 3 часа - натоп (система отопления работает), n = 3 часа - пропуск (система отопления отключена).

Величина  рассчитывается по формуле:

 - коэффициент неравномерности теплоотдачи нагревательных приборов;

 - максимальная теплоотдача нагревательных приборов, равная теплопотерям через наружные ограждения при температуре наружного воздуха в момент отключения отопления, Вт;

 - минимальная теплоотдача нагревательных приборов, равная нулю при отключении отопления, Вт;

 - средняя во времени теплоотдача нагревательных приборов, Вт;

m,n - время работы и отключения системы отопления, ч ;

 - теплопоглощение внутренних поверхностей ограждающих конструкций, Вт/оС.

Коэффициенты теплопоглощения В внутренних поверхностей ограждений в Вт/(м2°С) находятся по формуле:

 - коэффициент тепловосприятия поверхности со стороны периодического теплового воздействия, Вт/(м2°С);

 - коэффициент теплоусвоения этой поверхности, Вт/(м2°С).

Способ определения величины  зависит от положения границы слоя резких колебаний температуры. Отметим, что слой резких колебаний - это слой, прилегающий к поверхности со стороны периодического теплового воздействия. На другой стороне его амплитуда колебания температуры составляет половину максимального значения на поверхности ограждения.

Установлено, что инерционность слоя резких колебаний численно равна единице . Здесь используется показатель инерционности D, определяемый как D = R S, где S - коэффициент теплоусвоения материала, Вт/(м2. оС).

Нужно иметь в виду, что коэффициент теплоусвоения материала слоя конструкции S, Вт/(м2 .оС), зависит от периода изменения теплового потока:

λ - коэффициент теплопроводности материала по условиям эксплуатации А или Б, Вт/(м °С);

c- удельная теплоемкость, Дж/(кг-°С);

ρ - плотность, кг/м3;

Z - период изменения теплового потока, ч.

При использовании коэффициентов теплоусвоения материалов S24 для периода изменения теплового потока Z=24 часа по прил. 5 значения коэффициентов теплоусвоения материалов для других значений Z могут быть определены по формуле:

Если тепловая инерция первого от внутренней поверхности слоя ограждающей конструкции D1 = R1S1 >1, граница слоя резких колебаний температуры находится в пределах первого слоя ограждения. В этом случае затухание колебаний температуры по толщине ограждения определяется только теплотехническими свойствами материала первого слоя и .

Если тепловая инерция первого слоя D1 <1 , следует рассчитать тепловую инерцию второго слоя D2 = R2S2 и определить тепловую инерцию первых двух слоев D1+D2. При D1 + D2 >1 граница слоя резких колебаний температуры находится в пределах второго слоя конструкции и на затухание колебаний температуры оказывают влияние теплотехнические свойства материалов и первого и второго слоев. Поэтому:

Исходные данные для расчета

Площаль F м2

1 слой

2 слой

ВС

8,1

0,02

0,21

3,66

0,380

0,81

10,1

ВП

30,6

0,02

0,21

3,66

0,100

1,86

17,9

ПЛ

15,39

0,040

0,18

4,54

0,220

2,04

17,0

ПТ

15,39

0,005

0,93

11,1

0,220

2,04

17,0

Д

3,6

0,040

0,18

4,54

ВС:

Схема внутренних стен изображена на рис. 3:

ВП:

Схема внутренних перегородок изображена на рис.4

ПЛ:

Д:

Результаты расчета теплопоглощения

,а  следовательно данный режим отопления можно применять.

4.
ВЛАЖНОСТНЫЙ РЕЖИМ ОГРАЖДЕНИЯ

Сначала необходимо найти распределение температуры по толщине ограждения при температуре наружного воздуха , равной температуре наиболее холодной пятидневки  Искомые температуры можно определить аналитическим или графическим методом.

В первом случае расчет выполняется по формуле:

 - температура в сечении x, °C;

 - расчетная температура внутреннего воздуха, 0C;

 - общее сопротивление теплопередаче ограждения, м2 0C /Вт;

 - сумма термических сопротивлений на участке от воздуха помещения до рассматриваемого сечения, м2 C /Вт;

 - теплопотери через 1 м2 поверхности стены, Вт/м2.

Исходные данные:

Термические сопротивления слоев следующие ( ) :

Сопротивление тепловосприятию на внутренней поверхности

Сопротивление теплоотдаче на наружной поверхности

 Вт/м2

Эта же задача может быть решена графическим методом (Рисунок №5).

Расчет максимальных парциальных давлений.

Производится построение линии максимальных парциальных давлений Е, значения которых определяются в зависимости от температур в слоях ограждения по формуле М.И. Фильнея [6] в диапазоне температур 0...100 °С :

E - парциальное давление насыщенного водяного пара, Па;

t - температура пара (воздуха), ос

Промежуточная точка при τ = 0 0С

Расчет действительных парциальных давлений.

Вычисление действительных парциальных давлений производится по формуле:

- действительные парциальные давления водяных паров во внутреннем и наружном воздухе, Па :  ;

 ; - относительная влажность внутреннего и наружного воздуха (0,6 и 0,8 соответственно);

- максимальное парциальное давление водяного пара, рассчитанное при температурах tB и tH соответственно, Па;

- общее сопротивление паропроницанию ограждения, м2 чПа/мг;

- сумма сопротивлений паропроницанию на участке от внутренней поверхности ограждения до рассматриваемого сечения, м2 чПа/мг;

 - расход пара, проходящего через 1 м2 поверхности ограждения, мг/(м2 ч).

Действительные парциальные давления водяных паров во внутреннем и наружном воздухе, кПа:

Общее сопротивление паропроницанию принятой конструкции ограждения состоит из сопротивлений паропроницанию отдельных слоев конструкции ограждения:

где

-сопротивление паропроницанию слоя ограждения;  - толщина слоя ограждения, м;  - коэффициент паропроницаемости материала слоя, мг/(м ч Па), принимаемый по табл. 7.

Сопротивления паропроницанию отдельных слоев конструкции ограждения (м2 чПа/мг):

Действительные парциальные давления водяных паров:

Результаты распределения парциального давления приведены на рисунке 6

5.
ВОЗДУХОПРОНИЦАНИЕ

При выполнении расчетов в этом разделе количество этажей в здании принять равным 10, а номер этажа расчетного помещения - по последней цифре номера задания.

.1 Проверка ограждающих конструкций на инфильтрацию

Требуемое сопротивление инфильтрации для стен и окон определяется по формулам [2]:

 - требуемое сопротивление инфильтрации для стен, ;

 - требуемое сопротивление инфильтрации для окон, ;

 - разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций, Па;

 - нормативная воздухопроницаемость: для стен  = 0,5 ; для окон  = 6

Разность давлений воздуха, под действием которой происходит инфильтрация, определяется по формуле:

 - высота здания, принимаемая равной 30 м;

 - удельный вес наружного и внутреннего воздуха, Н/м3, определяемый как  = 3463 / (273+t) при подстановке tH для  и tB для ;

v - скорость ветра по [5], для расчетов принять V= 5 м/с.

Рассчитанные значения сопоставляются с фактическими значениями , определяемыми в зависимости от вида ограждения.

Для наружных стен фактическое сопротивление воздухопроницанию определяется как

 - сопротивления воздухопроницанию слоев ограждения, определяемые как

- м2-ч -Па/кг;

 - толщина слоя ограждения, м;

i - коэффициент воздухопроницания материала слоя, кг/(мч Па), принимаемый по табл. 7.

Удельный вес наружного и внутреннего воздуха:

Разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций, Па:

Требуемое сопротивление инфильтрации для стен и окон:

Сопротивления воздухопроницанию слоев ограждения:

Фактические значения:

Тройное остекление в раздельных и спаренных переплётах, количество уплотнённых притворов 3.

Вывод: запроектированная конструкция соответствует действующим нормативам.

Расход тепла на нагрев инфильтрующегося воздуха ))и определяется по формуле:

с - удельная теплоемкость воздуха; с = 1000 Дж/(кг°С);

 - расходы воздуха, инфильтрующегося через наружные стены и окна, кг/(м2 ч);

  - площади наружных стен и остекления, м2 ;

Анс, Аок - коэффициенты, учитывающие действие встречного теплового потока; Анс = 0,8; А ок = 0,6;

tB - температура внутреннего воздуха,0С;

tH- расчетная температура наружного воздуха для проектирования систем отопления и вентиляции в холодный период года, принимаемая равной средней температуре наиболее холодной пятидневки (tH = ),0С;

Фактический расход инфильтрующегося воздуха рассчитывается для наружных стен и остекления по формулам:

 - фактическая разность давлений воздуха, Па;

  - фактические сопротивления инфильтрации.

Фактическая разность давлений находится по выражению:

 - фактическая разность давлений воздуха, Па;

h- расстояние от уровня земли до оси рассчитываемого ограждения, м;

 - значения ветровых коэффициентов на наветренной и заветреннойсторонах здания по [6]; в расчетах принять СН = 0,8; С3 = - 0,6;

k - коэффициент, учитывающий высоту здания и тип местности по [5]; в расчетах принять к = 1.

Расстояние от уровня земли до оси рассчитываемого ограждения изображено на рис. 7 (седьмой этаж):

После определения  следует рассчитать потери тепла через наружные ограждения расчетного помещения :

 - общие сопротивления теплопередаче для наружных стен и остекления, принимаемые по данным раздела 2.

Общие теплопотери расчетного помещения  равны сумме теплопотерь через наружные ограждения и потерь тепла на инфильтрацию:

а доля затрат тепла на инфильтрацию в общих теплопотерях составит  .

Вывод: Доля затрат тепла на инфильтрацию в общих теплопотерях составила 25%.

.  
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Расчет теплозащиты зданий: Методические указания к курсовой работе и практическим занятиям, Ю.И. Толстова, Р.Н.Шумилов, Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2004. 32 с.