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

) Температура воздуха, ˚С :

·    средняя наиболее холодной пятидневки -34

·        средняя отопительного периода -11,5

3) Продолжительность периодов, сут. :

·    влагонакопления z₀= 171

·        отопительного z_от= 212

4) Повторяемость П и скорость ветра υ

1.2 Параметры микроклимата помещения

. Назначение помещения - общественное

. Температура внутреннего воздуха в здании                            t_в =20 ˚С

. Относительная влажность внутреннего воздуха в здании       φ_в =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, φ_в = 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

2.        
Определение точки росы

1.    1) Из прил.1 «Методических указаний…» находим упругость насыщающих воздух водяных паров : t_в =20 ˚С Е_в=2338Па

2) Вычисляем фактическую упругость водяных паров, Па, по формуле

е_в= φ_в· Е_в/100, где φ_в = 55 % : е_в= 55·2338/100 = 1285,9 Па

) По численному значению е_в обратным ходом по прил.1 «Методических указаний…» определяем точку росы t_р с точностью до 0,1 ˚С : t_р= 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= (t_в - t_от) · z_от ,

где t_в - расчетная температура внутреннего воздуха, ˚С_от -средняя температура отопительного периода, ˚С

z_от - 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: Δt^н = 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: α_в= 8,7 Вт/( м² К)

) Вычисляем нормативное сопротивление теплопередаче по условию санитарии, по формуле:

R_ос = ( t_в - t_н)·n/ (α_в· Δt^н ), м² К/Вт

где t_н - расчетная температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки.

R_ос = (20+34)·1/(8,7·4,0)=1,552

.3 Норма тепловой защиты

Определяем

R_о : R_оэ= 3,737 (м²*К/Вт) R_о= R_оэ= 3,737 (м² К/Вт)

R_ос=1,552 (м²*К/Вт)

4. Расчет толщины утеплителя

) По табл.6 [1,с.5] определяем коэффициент теплоотдачи наружной поверхностью ограждения внешней среде: α_н= 23, Вт/(м² К)

) Вычисляем сопротивление теплообмену, м²*К/Вт:

на внутренней поверхности R_в =1/ α_в= 1/8,7=0,115

на наружной поверхности R_н =1/ α_н=1/23=0,043

3)   Определяем термические сопротивления слоев конструкции с известными толщинами, м² К/Вт, по формуле R_i =δ_i/λ_i :

R_1,5 = 0,045/2,04=0,022

R₂ = 0,14                                          R₄ =0,165

4)   Вычисляем минимально допустимое(требуемое) сопротивление утеплителя по формуле

R_ут = R₀ - (R_в + R_н +∑R_из ), м² К/Вт

где ∑R_из - суммарное сопротивление слоев с известными толщинами :

R_ут = 3,737-(0,115+0,043+0,022+0,14+0,165+0,022)=3,23

5)   Вычисляем толщину утепляющего слоя, м, по формуле δ_ут=λ_ут *R_ут :

δ_ут= 0,09·3,23=0,291 м

6)   Округляем толщину утеплителя до унифицированного значения, кратного строительному модулю для минераловатных слоев 2 см: δ_ут= 0,3м

7)      Вычисляем термическое сопротивление утеплителя(после унификации), м² К/Вт (вместо индекса - порядковый номер слоя):

R_ут = R₃ = 0,3/0,09=3,333 м² К/Вт

8)   Определяем общее термическое сопротивление ограждения с учетом унификации, м² К/Вт, по формуле

R_о = R_в+R_н +R_ут + ∑R_iиз :

R_о = 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

τ_в=t_в - ((t_в - t_н )· R_в/ R_о) :

τ_в= 20-((20+34)·0,115/3,84)=18,4 ˚С

τ_в> t_р, следовательно, согласно указаниям п.2.10 [1,с.6], роса на поверхности не выпадет.

2)   Определяем термическое сопротивление конструкции, м² К/Вт:

R = ∑R_i = 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)

τ_у= τ_в- (0,175 - 0,039R)·( t_в - t_н) :

τ_у= 18,383- (0,175-0,039*3,579)·(20+34)=16,5 ⁰С

) τ_у> t_р, 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

R_пi =δ_i/μ_i :

R_п1,5 = 0,045/0,03=1,5

R_п2,4 = 0

R_п3 = 0,291/0,41=0,71                             

и конструкции в целом:

∑ R_п =3,71

2)   Вычисляем температуру на поверхности ограждения по формуле п.1 разд.5 при температуре t_н = t_нI самого холодного месяца :

τ_вI= 20-((20+24,3)·0,115/3,84)=18,7 ˚С

микроклимат помещение влажностный ограждение

3)   По прил.1 «Методических указаний…» находим максимальную упругость Е_в^* =2155 Па, отвечающую температуре τ_вI = 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 R_в, R₁, R₂, R₃, R₄, R₅, R_н, составляющих в целом R_о. На оси ординат откладываем значение температуры внутреннего воздуха t_в 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.

τ_в= 18,8 ˚С_1-2 = 18,4 ˚С_2-3 = 17˚С_3-4 = -21,6˚С_4-5 = -23,4 ˚С

τ_н= - 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.

Е_в = 2169 Па

Е_1-2= 2115 Па

Е_2-3= 1937Па

Е_3-4= 93Па

Е_4-5= 77Па

Е_н= 69 Па

6)   По аналогии с п.4, только в координатных осях R_п 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 е_в =1285,9 Па (найденной в п.2 разд.2), а на наружной - значение е_н= 0,9· Е_н =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 е_в и е_н проводим касательные к кривой линии Е. Находим плоскость возможной конденсации. По графику определяем сопротивление паропроницанию слоёв, расположенных между внутренней поверхностью ограждения и плоскостью конденсации R_пв=2,2 м²чПа/мг, а так же между этой плоскостью и наружной поверхностью ограждения R_пн=1,51 м²чПа/мг .

2)      Находим положение плоскости возможной конденсации на температурном графике на рис.1.

)        Определяем средние температуры:

t_зим= (t_I+ t_II+ t_III+ t_XI+ t_XII)/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:

t_во=( t_IV+ t_X)/2=(2,6+2,1)/2=2,4˚C

§ летнего периода, охватывающего месяцы со средними температурами более +5˚С:

t_л= (t_V+ t_VI+ t_VII+ t_VIII+ t_IX)/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: t_вл=t_зим=-17,1 ˚С

4)   Эти температуры откладываем на наружной плоскости рис.1 и полученные точки соединяем с t_в. Пересечения линий с плоскостью конденсации дают температуры в этой плоскости для соответствующих периодов года, по которым также определяем максимальные упругости Е.

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 е_н =∑е_i/12(е_i берем из таблицы п.1 подразд.1.1):

е_нг =(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 R^тр1=(е_в- Е)·R_пн/(Е - е_нг):

R^тр1=(1285,9 -949,5)·1,51/(949,5-708,3)=2,106

R^тр1< R_пв =2,2, значит, соответствует требованиям ГОСТа.

8)   Определяем среднюю упругость водяных паров в наружном воздухе для влагонакопления, Па, по формуле

е_о =∑ е_нiо /z_о :

е_о = (80+110+220+200+90)/5=140

е_нiо - среднемесячные упругости для месяцев, имеющих температуры t_н≤0˚С(в данном случае месяцев зимнего периода).

z_о- 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

 :

R^тр-2=(1285,9-?)/((?-140)/1,51+(300·10⁶· 0,280·3)/100·150·24)=1,121

где δ - толщина увлажняемого слоя, м

z_о- продолжительность периода влагонакопления, выраженная в часах

ρ - плотность увлажняемого материала

Δω_ср - допустимое приращение средней влажности, % по табл.14[1,с.13]

R^тр-2< R_пв =2,28 , значит, соответствует требованиям ГОСТа.

8.   Проверка ограждения на воздухопроницание

1)   Определяем плотность воздуха в помещении ρ_в ,кг/м³, при температуре t_в=19˚С и на улице ρ_н при температуре самой холодной пятидневки t_н=-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

ρ_в = 0,029·101000/8,31·(273+19)=1,20

ρ_н = 0,029·101000/8,31·(273-32)=1,46

2)   Вычисляем тепловой перепад давления, Па, по формуле

ΔР_т=0,56(ρ_н - ρ_в )·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 ΔР_в=0,3· ρ_н ·v²:

ΔР_в=0,3· 1,46 ·(7,9)²=27,335

и суммарный(расчетный) перепад давления, Па, по формуле ΔР= ΔР_в+ ΔР_т

ΔР=27,335+68,560=95,895

5)   Находим по табл.12 [1,с.11] допустимую воздухопроницаемость ограждения G^н: для промышленных зданий G^н=0,5 кг/(м²·ч)

6)      Определяем требуемое(минимально допустимое) сопротивление инфильтрации, м²·ч·Па/кг, по формуле R^тр = ΔР/ G^н:

R^тр = 95,895/0,5=191,79

7)   Определяем по прил.9 [1,с.26] сопротивление воздухопроницанию каждого слоя :

) Находим располагаемое сопротивление воздухопроницанию, м²·ч·Па/кг, по формуле

R_н=∑ R_нi : R_н=8829*2+10=17668

R_н> R^тр , 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 : δ_общ=450 мм

§  масса 1 м² ограждения, кг/м²

σ = m/F=∑ρ_i·δ_i= 0,045·2500+0,040·350=386

§ сопротивление теплопередаче R_о=3,840 м² К/Вт

§  коэффициент теплопередачи К=1/ R_о=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.