Расчет тепловой защиты помещения

Расчет тепловой защиты помещения

Содержание

1. Выборка исходных данных

2.       Определение точки росы

.        Определение нормы тепловой защиты

.        Расчёт толщины утеплителя

.        Проверка теплоустойчивости ограждения

.        Проверка внутренней поверхности ограждения на выпадение росы

.        Проверка на выпадение росы в толще ограждения

.        Проверка влажностного режима ограждения

.        Проверка ограждения на воздухопроницание

Заключение

Список использованной литературы

1. Выборка исходных данных

Климат местности

Город Казалинск Кзыл-Ордынской области

Среднемесячные температуры, относительные влажности и упругости водяных паров воздуха и максимальные амплитуды колебания его температуры.

Продолжительность периодов, сут: влагонакопление с температурами ˂= 0ºC = 128 отопительного =176

Повторяемость П и скорость v ветра

Интенсивность солнечной радиации, поступающей в июле:

на горизонтальную поверхность: = 877 Вт/; = 328 Вт/

Параметры микроклимата помещения

Назначение помещения - промышленное помещение

Температура внутреннего воздуха = 19

Относительная влажность внутреннего воздуха  = 55

Н_зд= 21 м.

Разрез рассчитываемого ограждения:

,5 - железобетон;

,4 - воздух;

- минераловатные плиты 300 кг/

Теплофизические характеристики материалов

Влажностный режим помещения определяется по табл. 1 (СНиП II-3-79*. Строительная теплотехника).

Эта характеристика зависит от температуры внутреннего воздуха и его относительной влажности.

Т.к. = 19  и  = 55  , то в помещении наблюдается нормальный режим.

Зона влажности определяется по карте прил. 1 (СНиП II-3-79*. Строительная теплотехника). Заданный населённый пункт расположен в 3 (сухой) зоне влажности.

Влажностные условия эксплуатации ограждающей конструкции определяются по прил. 2 (СНиП II-3-79*. Строительная теплотехника). В данном случае- А.

Характеристики материалов определяется по прил. 3 (СНиП II-3-79*. Строительная теплотехника).

Характеристики материалов

2. Определение точки росы

Упругость насыщенных паров определяется по прил. 1 (методические указания).

Т.к. = 23 , принимам упругость насыщающих водяных паров = 2197 Па

Рассчитываем фактическую упругость водяных паров по формуле:

Точка росы определяется по прил. 1 (методические указания) по численному значению  обратным ходом.

=9,8

3. Определение нормы тепловой защиты

Для расчёта толщины утепляющего слоя необходимо определить сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции исходя из требований санитарных норм  и энергосбережения .

Определение нормы тепловой защиты по условию энергосбережения

Определяем градусо-сутки отопительного периода по формуле:

ГСОП= Х = (

где -расчётная температура внутреннего воздуха, ℃;

 - средняя температура отопительного периода, ℃;

- продолжительность отопительного периода, сут.

ГСОП= Х = ( 19-(-4,5))∙176=4136 К сут

Определяем нормативное значение приведённого сопротивления теплопередаче, зависящее от назначения ограждающей конструкции, условий эксплуатации и градусо-суток отопительного периода, по формуле:

= R + β∙X

= 1,0+0,0002∙4136=1,8277

Определение нормы тепловой защиты по условию санитарии

Нормативный (максимально допустимый) перепад между температурой воздуха в помещении и температурой на внутренней поверхности ограждающей конструкции определяется по табл. 2 (СНиП II-3-79*. Строительная теплотехника).

t^н=t_B-t_H=19-9,8=9,2,но т.к. должно быть < 7, то принимаем t^н=7

Корректирующий множитель, учитывающий степень контактности ограждения с наружным воздухом определяется по табл. 3 (СНиП II-3-79*. Строительная теплотехника).

n= 1

Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхностью ограждающей конструкции определяется по табл. 4 (СНиП II-3-79*. Строительная теплотехника).

 = 8,7 , Вт/

где -расчётная температура наружного воздуха,

равная средней температуре наиболее холодной пятидневки.

Норма тепловой защиты

Из вычисленных значений сопротивлений теплопередаче, экономической и санитарной, к реализации принимаем наибольшее из них:

==1,827

4. Расчёт толщины утеплителя

тепловой защита ограждение помещение

Утепляющий слой - слой минераловатных плит, жестких, плотностью ρ=30 кг/

Коэффициент теплоотдачи наружной поверхностью ограждения внешней среде определяется по табл. 6 (СНиП II-3-79*. Строительная теплотехника).

 Вт/

Сопротивление теплообмену на внутренней поверхности определяется по формуле:

Сопротивление теплообмену на наружной поверхности определяется по формуле:

Термические сопротивления слоев конструкции с известными толщинами определяется по формуле:

Для железобетона:

Для воздуха:

Минимально допустимое (требуемое) термическое сопротивление утеплителя определяется по формуле:

где  - суммарное сопротивление слоёв с известными толщинами

Толщина утепляющего слоя определяется по формуле:

Округляем полученную толщину утеплителя до унифицированного значения, кратного строительному модулю:

,117 м = 11,7 см => 12 см

Термическое сопротивление утеплителя (после унификации) вычисляется по формуле:

Общее термическое сопротивление ограждения с учётом унификации определяется по формуле:

5. Проверка теплоустойчивости ограждения

Под теплоустойчивостью ограждения понимают его способность сохранять относительное постоянство температур на своей внутренней поверхности при периодических тепловых воздействиях. Эти воздействия со стороны улицы формирует солнце. Своего максимального значения воздействия достигают летом. Они значительны при жарком климате, поэтому проверку на теплоустойчивость проводят для районов страны, имеющих среднюю температуру июля 21 ℃ и более.

Величина воздействия складывается из амплитуды колебания температуры наружного воздуха и колебания интенсивности солнечной радиации, формально подменяемого амплитудой колебания эквивалентной температуры.

Проверка теплоустойчивости осуществляется в определённой последовательности.

Коэффициент поглощения солнечной радиации наружной поверхностью конструкции определяется по прил. 7 (СНиП II-3-79*. Строительная теплотехника).

ρ=0,7

Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности определяется по формуле:

где  - расчётная скорость ветра, равная минимальной из тех румбов за июль, где повторяемость ветра составляет 16% и более.

 Вт/

Амплитуда колебания условной температуры наружного воздуха определяется по формуле:

Допустимая амплитуда колебания температуры на внутренней поверхности ограждения определяется по формуле:

Тепловая инерция слоев в отдельности определяется по формуле:

1 слой - железобетон:

слой - воздух:

3 слой - минераловатные плиты:

слой - воздух:

слой - железобетон:

Тепловое возмущение периодически воздействует на конструкцию со стороны улицы, поэтому необходимо определить коэффициенты теплоусвоения Y, фронтальными поверхностями всех слоёв.

Схема для расчёта коэффициентов Y:

I II III IV V

Направление расчета

Расчёт начинается с заднего слоя и ведется навстречу тепловому возмущению.

Слои 3 имеет D>1, следовательно его можно приравнять к полумассиву, где Y=S.

В остальных слоях коэффициент Y определяется по формуле:

где x - номер слоя, для которого вычисляется коэффициент

т - номер слоя, расположенного с тыльной стороны

Для 1 слоя:

Для 2 слоя:

Для 4 слоя:

Для 5 слоя:

Температурная волна, проходящая последовательно через слои, затухает, уменьшая в каждом слое свою амплитуду.

Затухание определяется по формуле:

В 1 слое:

Во 2 слое:

В 3 слое:

В 4 слое:

В 5 слое:

У наружной поверхности:

Общее: v = =1,08∙2,88∙12,47∙1,185∙0,92∙1,31=55,39

Амплитуда колебаний температуры на внутренней поверхности определяется по формуле:

Сопоставляя А_τв с допустимым значением  (0,47<2,0), делаем вывод, что теплоустойчивость достаточна.

Вычислим затухание температурных колебаний, передаваемых на внутреннюю поверхность, которое сопровождается их отставанием во времени по отношению к внешним колебаниям:

I II III IV V

 = 8,7      

Проводим аналогичные расчёты:

Слой 3 имеет D>1, следовательно, его можно приравнять к полумассиву, где Y=S.

В остальных слоях коэффициент Y определяется по формуле:

Для 5 слоя:

Для 4 слоя:

Для 3 слоя:

Для 2 слоя:

Для 1 слоя:

Отставание затухания температурных колебаний на внутренней поверхности определяется по формуле:

ΔZ=

6. Проверка внутренней поверхности ограждения на выпадение росы

Температура на внутренней поверхности ограждения определяется по формуле:

Сравним температуру на внутренней поверхности ограждения с точкой росы:

 > =9,8

Руководствуясь указаниями СНиПа можно сделать вывод, что на этой поверхности выпадение росы невозможно.

Определим термическое сопротивление конструкции:

R=0,023+0,14+1,33+0,14+0,023=1,656

Температура в углу стыковки наружных стен определяется по формуле:

 > =9,8

Руководствуясь указаниями СНиПа можно сделать вывод, что появление конденсата в углу невозможно.

. Проверка на выпадение росы в толще ограждения

Сопротивление паропроницанию каждого слоя определяется по формуле:

Для железобетона:

Для воздуха:

Для минераловатных плит:

Для конструкции в целом:

Температура на поверхности ограждения вычисляется по формуле:

где  - температура самого холодного месяца (января)

Максимальную упругость, отвечающую , определяем по прил. 1 (Методические указания):

= 1949 Па

Графическим методом определим изменение температуры по толщине ограждения при средней температуре самого холодного месяца.

Для этого на миллиметровой бумаге по оси абсцисс последовательно отложим значения сопротивлений R_в, R₁, R₂, R_3, R_н, составляющих в целом R_о.

Через концы полученных отрезков проведем вертикальные линии.

На оси ординат отложим значение температуры внутреннего воздуха t_в=19℃, а на линии, соответствующей концу R_н, - значение средней температуры самого холодного месяца (января) t_н1 = -11,3℃. Точки t_н1 и t_в соединим прямой линией.

По точкам пересечения линии с границами слоев определить значения температур на границах.

Находим максимальные упругости водяных паров для температур на границах слоев, по прил.1 (Методические указания).

Строим разрез помещения в осях E и R_п.

Строим прямую е.

В пределах слоя линия максимальной упругости Е изменяется по монотонно убывающей экспоненте.

В нашем случае возможно пересечение линии Е с линией е, поэтому намечаем вспомогательные точки на 1-ом графике, определяем температуру.

По прил. 1 (Методические указания) определяем соответствующую ей упругость, строим точки на 2-ом графике. Строим линию Е по точкам.

Так как Е пересекает е (признак выпадения росы), необходимо определить зоны конденсации и проверить влажностный режим конструкции.

8. Проверка влажностного режима ограждения

Из точек е_в и е_н проведем касательные к кривой линии Е, тем самым определим границы зоны конденсации.

Найдем положение плоскости возможной конденсации на температурном графике.

Определим средние температуры:

зимнего периода, t_зим, охватывающего месяцы со средними температурами ниже -5;

весенне-осеннего периода, t_во, включающего месяцы со средними температурами от -5 до +5;

летнего периода, t_лет, охватывающего месяцы со средними температурами более +5;

периода влагонакопления, t_вл, к которому относятся месяцы со средними температурами 0 и ниже;

Температуры перечисленных периодов отложим на наружной плоскости и полученные точки соединим с точкой t_в.

Пересечения линий с плоскостью конденсации дадут температуры в этой плоскости для соответствующих периодов года, по которым определим максимальные упругости Е, а результаты запишем в табличной форме:

Среднегодовая упругость насыщающих водяных паров в плоскости возможной конденсации определяется по формуле:

Среднегодовая упругость водяных паров в наружном воздухе определяется по формуле:

Требуемое сопротивление паропроницанию внутренних слоёв конструкции, при котором обеспечивается накопление влаги в увлажняемом слое из года в год, определяется по формуле:

Полученное значение меньше располагаемого, следовательно, в увлажняемом слое влага не будет накапливаться из года в год.

Средняя упругость водяных паров в наружном воздухе для периода влагонакопления определяется по формуле:

где - среднемесячные упругости для месяцев, имеющих температуры

=356

Требуемое сопротивление паропроницанию внутренних слоёв конструкции, ограничивающих приращение влажности в допустимых пределах, определяется по формуле:

где δ - толщина увлажняемого слоя, м

 - продолжительность периода влагонакопления, час

-плотность увлажняемого слоя

- допустимое приращение средней влажности, %; принимается по табл. 14

(СНиП II-3-79*. Строительная теплотехника).

Требуемое сопротивление паропроницанию меньше располагаемого (0,01<2.36), следовательно, удовлетворяет требованиям к сопротивлению паропроницания, ограничивающего приращение влажности (в увлажняющем слое) в допустимых пределах, и дополнительных мер не требуется.

9. Проверка ограждения на воздухопроницание

Плотность воздуха в помещении определяется по формуле:

где μ - молярная масса воздуха, равная 0,029 кг/моль

P - барометрическое давление, равное 101000 Па

R - универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/(моль∙К)

Т - температура воздуха, К

Плотность воздуха на улице определяется по формуле:

где  - температура самой холодной пятидневки, К

Тепловой перепад давления определяется по формуле:

где g - ускорение свободного падения, равное 9,81

Н - высота здания, м

Δ

В качестве расчётной скорости ветра принимается максимальное значение скорости ветра из тех румбов за январь месяц, на которых повторяемость ветра составляет 16% и более. В данном случае:

v= 4.8 м/с

Ветровой перепад давления определяется по формуле:

Δ

Суммарный (расчётный) перепад, действующий на ограждение, определяется по формуле:

ΔP=Δ+Δ

Допустимая воздухопроницаемость ограждения определяется по табл. 12 (СНиП II-3-79*. Строительная теплотехника):

Требуемое (минимально допустимое) сопротивление инфильтрации:

Сопротивление воздухопроницания каждого слоя определяется по прил. 9 (СНиП II-3-79*. Строительная теплотехника), записывается в табличной форме:

Располагаемое сопротивление воздухопроницанию определяется по формуле:

 = 19620+2=19622

Располагаемое сопротивление воздухопроницанию больше требуемого, следовательно, требование выполняется.

Заключение

При толщине теплоизолирующего слоя (минераловатных плит жестких), равной 120 мм и заданных климатических условиях, конструкция будет отвечать нормативным требованиям по тепловой защите, влажностному режиму поверхности и толщи, по инфильтрации.

Общая толщина ограждения: 290 мм

Масса 1  ограждения:

Сопротивление теплопередаче:

Коэффициент теплопередачи:

К==

Действующий перепад давления: ΔP

Список использованной литературы:

1.       СНиП II-3-79*. Строительная теплотехника/ Минстрой России. М., 1995, 28 стр.

. Методические указания к курсовой работе по строительной теплофизике «Расчет тепловой защиты помещения», Санкт-Петербург 2000, 20 стр.