Проектирование малоэтажного жилого дома

Проектирование малоэтажного жилого дома

Федеральное агентство по образованию Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)

Кафедра «Городское строительство и хозяйство»

Курсовая работа

по дисциплине: «Физика среды и ограждающих конструкций»

Омск - 2013

Исходные данные

Район строительства: г. Омск

Малоэтажный жилой дом (рис. 1).

Конструктивное решение наружных стен:

Рис. 1

Конструктивное решение чердачного перекрытия:

Рис. 2

Окна: оконные блоки из ПВХ-профилей в одинарных переплетах с двухкамерными стеклопакетами.

Конструктивное решение межкомнатных перегородок:

Рис. 3

Коэффициент теплотехнической однородности наружных стен r=0,92.

Коэффициент теплотехнической однородности чердачного перекрытия r=1.

Рис. 4

Рис. 5

жилой дом перегородка стена

Рис. 6

1. Определение расчетных параметров наружного и внутреннего воздуха; определение температуры точки росы для расчетных параметров внутреннего воздуха.

.1 Расчетные параметры наружного воздуха.

Расчетную температуру наружного воздуха text, °C, следует принимать по средней температуре наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92 согласно СНиП 23-01 для соответствующего городского или сельского населенного пункта.

Для города Омска:

Температура воздуха наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0,92 text =37 °С.

Средняя месячная относительная влажность воздуха наиболее холодного месяца jext = 80%.

Продолжительность периода со средней суточной температурой воздуха не более 8 °С zht = 221 сут.

Средняя температура воздуха периода со средней суточной температурой воздуха не более 8 °С tht = -8,4°С.

Расчетные параметры внутреннего воздуха.

Расчетная температура воздуха внутри жилых и общественных зданий tint для холодного периода года должна быть не ниже минимальных значений оптимальных температур, согласно ГОСТ 30494 и СанПиН 2.1.2.1002.

Оптимальные температуры воздуха внутри здания 20-22 °С.

Примем tint =20 °С.

Относительная влажность внутри здания не более 55 %.

jint =55 %.

1.2 Температура точки росы

Максимальная упругость водяного пара для температуры воздуха tint =20°С составляет Eint=17,54 мм рт. ст. Так как относительная влажность воздуха внутри здания для холодного периода года jint=55%, то действительная упругость водяного пара e будет составлять только 55% от E, т.е. e=17,54*0,55=9,65 мм рт. ст.

Точкой росы будет температура, для которой e=9,65 мм рт. ст. будет соответствовать максимальной упругости водяного пара, т.е. td =10,7 °С.

Точка росы td =10,7 °С.

2. Определение в соответствии с заданным районом строительства требуемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций жилого дома.

.1 Определение требуемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций жилого дома

Требуемое сопротивление теплопередаче , (м2∙°С)/Вт определяется согласно таблице 4 СНиП 23-02 в зависимости от градусо-суток отопительного периода, Dd (ГСОП), °С·сут/год.

Величину градусо-суток Dd (ГСОП) в течение отопительного периода следует вычислять по формуле:

Dd = (tint - tht) zht,= (tint - tht) zht=(20-(-8,4)) *221=6276,4

Полученное значение градусо-суток отличается от табличного. Поэтому руководствуясь примечанием к таблице 4 СНиП 23-02 для определения требуемого сопротивления теплопередаче воспользуемся формулой:

.

Для наружных стен:  (м2·°С)/Вт.

Для чердачного перекрытия:  (м2·°С)/Вт.

Для окон:  (м2·°С)/Вт.

2.2 Определение величины нормативного температурного перепада между температурой внутреннего воздуха и внутренней поверхности стены

Величина нормативного температурного перепада между температурой внутреннего воздуха и внутренней поверхности стены определяется по таблице 5 СНиП 23-02.

Для стен =4,0 °С.

3. Расчет приведенного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций

.1 Приведенное сопротивление стены

Сопротивление теплопередаче R0, м2×°С/Вт, однородной однослойной или многослойной ограждающей конструкции с однородными слоями следует определять по п.9.1.2. СП 23-101-2004

=Rsi+Rk+Rse,(1)

где Rsi=1/aint, aint - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м2×°С), принимаемый по таблице 7 СНиП 23-02.

Для стен  Вт/(м2·°С).

=1/aext, aext - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для условий холодного периода года, Вт/(м2×°С), принимаемый по таблице 8 СНиП 23-101.

Для стены  Вт/(м2·°С).

- термическое сопротивление ограждающей конструкции, равное сумме термических сопротивлений отдельных слоев (п.9.1.1):

=R1+R2+...+Rn,(2)

где R1, R2,..., Rn - термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, м2×°С/Вт

Термическое сопротивление каждого слоя определяется по формуле 6 п.9.1.1:R=d/l,(3)

Расчетные коэффициенты теплопроводности, l, определяются в зависимости от условий эксплуатации ограждающих конструкций: А или Б.

Определение условий эксплуатации осуществляется в зависимости от влажностного режима помещений (табл.1) и от зоны влажности (прил.В)

Сведя вышеизложенные формулы в одну, получим:

R0 = 1/aint + d1/l1 + d2/l2 + dn/ln + … + dут/lут + 1/aext (4)

в данном случае dут и lут - толщина и коэффициент теплопроводности утеплителя.

Так как сопротивление теплопередаче R0 должно быть больше или равно требуемому сопротивлению Rreg, то для определения минимальной толщины утеплителя приравниваем R0 к Rreg.

Выделяя из формулы 4 толщину утеплителя dут и принимая вместо R0 = Rreg. получим

dут = (Rreg. - 1/aint - d1/l1 - d2/l2 - dn/ln - 1/aext)× lут(5)

При использовании в многослойной ограждающей конструкции гибких или жестких связей конструктивных слоев, которые «прорезают» слой утеплителя, сопротивление теплопередаче необходимо корректировать с помощью коэффициента теплотехнической однородности ограждения r, определяемого по приложению Н.

Тогда конечная формула для определения толщины утеплителя в многослойной ограждающей конструкции примет вид:

dут = (Rreg./r - 1/aint - d1/l1 - d2/l2 - dn/ln - 1/aext)× lут(6)

По формуле 6 определяется толщина утеплителя в наружных стенах (следует отметить, что это минимальная толщина утеплителя).

Вт/(м·°С) - теплопроводность кирпичной кладки из обыкновенного глиняного кирпича, ρо = 1800 кг/м3; Вт/(м·°С) - теплопроводность плиты из пенополистирола ПСБ-С, ρо = 40кг/м3; Вт/(м·°С) - теплопроводность кирпичной кладки из керамического кирпича, ρо = 1500 кг/м3; Вт/(м·°С) - теплопроводность цементно-песчаного раствора, ρо =1800 кг/м3.

Принимаем толщину утеплителя 0,10 м.

Приведенное сопротивление теплопередаче, , наружной стены с учетом принятой толщины утеплителя:

 м2·°С/Вт.

3.2 Приведенное сопротивление чердачного перекрытия холодного чердака

Сопротивление теплопередаче R0 должно быть больше или равно требуемому сопротивлению Rreg, то для определения минимальной толщины утеплителя приравниваем R0 к Rreg.

R0 = 1/aint + d1/l1 + d2/l2 + dn/ln + … + dут/lут + 1/aext

dут = (Rreg. - 1/aint - d1/l1 - d2/l2 - dn/ln - 1/aext)× lут

При использовании в многослойной ограждающей конструкции гибких или жестких связей конструктивных слоев, которые «прорезают» слой утеплителя, сопротивление теплопередаче необходимо корректировать с помощью коэффициента теплотехнической однородности ограждения r, определяемого по приложению Н.

Тогда конечная формула для определения толщины утеплителя в многослойной ограждающей конструкции примет вид:

dут = (Rreg./r - 1/aint - d1/l1 - d2/l2 - dn/ln - 1/aext)× lут

Для чердачного перекрытия  Вт/(м2·°С).

Вт/(м·°С) - теплопроводность железобетона, ρо = 2400 кг/м3.

Вт/(м·°С) - теплопроводность минераловатной плиты, ρо = 30кг/м3.

Вт/(м·°С) - теплопроводность цементно-песчаного раствора, ρо = 1800 кг/м3.

.

Принимаем толщину утеплителя .

Приведенное сопротивление теплопередаче, , чердачного перекрытия с учетом принятой толщины утеплителя:

 м2·°С/Вт.

3.3 Приведенное сопротивление оконных блоков.

Выбор светопрозрачной конструкции осуществляется по значениям приведенного сопротивления теплопередаче  согласно таблице 5 СНиП 23-101 или в соответствии с разделом 9 пунктом «В» приведенное сопротивление теплопередаче  светопрозрачных конструкций при отсутствии сертификационных испытаний, проведенных аккредитованными испытательными лабораториями принимают по приложению «Л» этого же СНиП 23-101.

Приведенное сопротивление теплопередаче окна должно быть не менее нормируемого  (м·°С)/Вт.

Выбираем двухкамерный стеклопакет в одинарном переплете с межстекольным расстоянием 12мм с мягким селективным покрытием,  (м·°С)/Вт.

4. Расчет температуры внутренней поверхности стены

Температура внутренней поверхности ограждения τsi, 0С, должна быть выше точки росы td, 0С.

Температуру внутренней поверхности, τsi, стен следует определять по формуле:

,

где n- коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху и приведенный в таблице 6 СНиП 23-02 с учетом примечания к этой таблице.

.

 0С.

Температура точки росы td =10,7 °С меньше температуры внутренней поверхности стены  0С на 7,48 0С, следовательно выпадение конденсата на поверхности стены при расчетных значениях температуры внутреннего и наружного воздуха невозможно.

Температурный перепад , °С, между температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции и температурой внутреннего воздуха нормируется таблицей 5 СНиП 23-02.

Для стен =4,0 °С.

Расчётное значение перепада =20-1,82=18,18 °С не превышает нормируемой величины.

.

4.1 Расчет влажностного режима наружной стены с учетом фактического конструктивного решения

Расчетная температура воздуха внутри жилых и общественных зданий tint и относительную влажность jint принимает такие же как и в разделе 1.

=20 °С.

jint =55 %.

Средняя месячная относительная влажность воздуха наиболее холодного месяца, jext =80 %.

Средняя месячная температура наиболее холодного месяца (январь) text = -19,0 °С.

Влажностный режим помещения - «нормальный». Зона влажности №2 для Омска - «нормальная». Тогда условия эксплуатации определяются по параметру «Б».

Кирпичная кладка из обыкновенного глиняного кирпича, ρо = 1800 кг/м3, lБ = 0,81 Вт/(м·°С), m = 0,11 мг/(м·ч·Па);

Плиты из пенополистирола ПСБ-С ρо = 40 кг/м3, lБ = 0,05 Вт/(м·°С), m = 0,05 мг/(м·ч·Па);

Кирпичная кладка из керамического кирпича, ρо = 1500 кг/м3, lБ = 0,64 Вт/(м·°С), m = 0,14 мг/(м·ч·Па);

Цементно-песчаный раствор ρо =1800 кг/м3, lБ = 0,93 Вт/(м·°С), m = 0,09 мг/(м·ч·Па);

Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции равно  м2·°С/Вт.

Согласно СНиП 23-02 для многослойных ограждающих конструкций с выраженным теплоизоляционным слоем и наружным защитным слоем, коэффициент паропроницаемости материала которого меньше, чем у материала теплоизоляционного слоя, допускается принимать плоскость максимального увлажнения на наружной границе утеплителя при условии выполнения неравенства . Коэффициент паропроницаемости у кладки из керамического кирпича и у кладки из обычного глиняного кирпича больше коэффициента паропроницаемости плиты из пенополистирола ПСБ-С и не выполняется условие , следовательно, нет плоскости возможной конденсации в многослойной конструкции.

Сопротивление паропроницанию Rvp, м2·ч·Па/мг, ограждающей конструкции (в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации) должно быть не менее нормируемых сопротивлений паропроницанию:

из условия недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период эксплуатации,

.

из условия ограничения влаги в ограждающей конструкции за период с отрицательными средними месячными температурами наружного воздуха,

.

где eint - парциальное давление водяного пара внутреннего воздуха, Па, при расчетной температуре и относительной влажности этого воздуха, определяемое по формуле:

eint = (jint / 100) Eint,

 - парциальное давление насыщенного водяного пара, Па, при температуре tint =20 °С. 17.54 мм.рт.ст. = 2338 Па.

 Па.

Е = (Е1z1 + E2z2 + Е3z3) / 12,

, E2, Е3 - парциальные давления водяного пара, Па, принимаемые по температуре ti в плоскости возможной конденсации, определяемой при средней температуре наружного воздуха соответственно зимнего, весенне-осеннего (переходного) и летнего периодов;, z2, z3 - продолжительность, мес, соответственно зимнего, весенне-осеннего и летнего периодов, определяемая с учетом следующих условий:

а) к зимнему периоду относятся месяцы со средними температурами наружного воздуха ниже минус 5 °С;

б) к весенне-осеннему периоду относятся месяцы со средними температурами наружного воздуха от минус 5 до плюс 5 °С;

в) к летнему периоду относятся месяцы со средними температурами наружного воздуха выше плюс 5 °С.

Продолжительность периодов и их средняя температура определяются по таблице 3* СНиП 23-01, а значения температур в плоскости возможной конденсации ti, соответствующие этим периодам, по формуле СНиП 23-101.

,

- расчетная температура наружного воздуха i-го периода, °С, принимаемая равной средней температуре соответствующего периода;

=1/8,7=0,115 м2·°С·Вт;

SR - термическое сопротивление слоя ограждения в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации;

 м2·°С·Вт.

Установим для периодов их продолжительность zi, сут, среднюю температуру ti, °С, согласно СНиП 23-01 и рассчитаем соответствующую температуру в плоскости возможной конденсации ti °С, для климатических условий города Омска:

зима (январь, февраль, март, ноябрь, декабрь):

=5 мес,=(-19,0+(-17,6)+(-10,1)+(-16,0)+(-8,5))/5=-14,24 °С,

 °С.

весна - осень (апрель, октябрь):

=2 мес,=(2,8+1,9)/2=2,35 °С,

 °С.

лето (май, июнь, июль, август, сентябрь):

= 5 мес,=(11,4+17,1+18,9+15,8+10,6)/5=14,76 °С,

 °С.

По температурам (t1, t2, t3) для соответствующих периодов определяем СНиП 23-101 парциальные давления (Е1, Е2, Е3) водяного пара: Е1 = 42 Па, Е2 = 402 Па, Е3 = 1449 Па.

Определим парциальное давление водяного пара Е, Па, в плоскости возможной конденсации за годовой период эксплуатации ограждающей конструкции для соответствующих продолжительностей периодов z1, z2, z3:

Е = (42∙5 + 402∙2 + 1449∙5) / 12=688,25.

Сопротивление паропроницанию , м2·ч·Па/мг, части ограждающей конструкции, расположенной между наружной поверхностью и плоскостью возможной конденсации, определяется по формуле:

 м2·ч·Па/мг.

Среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха eext, Па, за годовой период определяют по СНиП 23-01.

=(140+150+260+530+710+1110+1450+1270+880+530+310+190)/12= 627,5 Па.

Определяем нормируемое сопротивление паропроницанию из условия недопустимости накопления влаги за годовой период эксплуатации согласно СНиП 23-02:

 м2·ч·Па/мг.

Период с отрицательными средними месячными температурами

= 5 мес, или 151 сут,=(-19,0)+(-17,6)+(-10,1)+(-8,5)+(-16,0))/5=-14,24 °С,

 °С.

Парциальное давление водяного пара Е0, Па, в плоскости возможной конденсации:

Е0=42 Па.

Согласно СНиП 23-02 в многослойной ограждающей конструкции увлажняемым слоем является утеплитель, плита из пенополистерола ПСБ-С плотностью rw = r0 = 40 кг/м3 при толщине dw=0,10 м. Предельно допустимое приращение расчетного массового отношения влаги в этом материале согласно СНиП 23-02 Dwav = 25 %.

Средняя упругость водяного пара наружного воздуха периода месяцев с отрицательными средними месячными температурами:

 Па.

Коэффициент h определяется согласно СНиП 23-02 по формуле:

h = 0,0024 (Е0 - ) z0 / 0,15=0,0024 *(42 - 210) *151 / 0,15 = -405,89.

 м2·ч·Па/мг.

Сопротивление паропроницанию Rvp, м2·ч·Па/мг, ограждающей конструкции (в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации)

=4,82 м2·ч·Па/мг.

При сравнении полученного значения Rvp с нормируемым устанавливаем, что Rvp >  >.

Следовательно, ограждающая конструкция удовлетворяет требованиям СНиП 23-02 в отношении сопротивления паропроницанию.

4.2 Определение требуемого индекса изоляции воздушного шума межкомнатными перегородками

Требуемые нормативные индексы изоляции воздушного шума ограждающих конструкций определяются по таблице 2 СНиП 23-03.

Нормативные значения индексов изоляции воздушного шума межкомнатными перегородками жилых зданий составляют  дБ.

Эквивалентная поверхностная плотность ограждающей конструкции определяется по формуле

э=K∙m, кг/м2,

где К - коэффициент, учитывающий относительное увеличение изгибной жесткости ограждения из бетонов на легких заполнителях, поризованных бетонов, кладки из кирпича, пустотелых керамических блоков и т.п. по отношению к конструкциям из тяжелого бетона с той же поверхностной плотностью и определяется по табл. 10 СП 23-103-2003.

Для сплошных ограждающих конструкций плотностью ρо = 1800 кг/м3 и более K=1.

Эквивалентная поверхностная плотность штукатурки толщиной по 10мм с каждой стороны плотностью ρо =1800 кг/м3 равна

э штук=1800∙1∙2∙0,01=36 кг/м2.

Поверхностная плотность кладки из газобетонных блоков толщиной 80мм плотностью ρо =1800 кг/м3:

кладки=1800∙0,12=216 кг/м2.

Эквивалентная поверхностная плотность кладки:

э кладки=216∙1=216 кг/м2.

Эквивалентная поверхностная плотность перегородки:

э= mэ кладки+ mэ штук =216 + 36=252 кг/м2.

Средняя плотность перегородки толщиной 100мм, состоящей из кладки газобетонных блоков ρо =600 кг/м3 оштукатуренных раствором ρо = 1800 кг/м3 с обеих сторон:

ρо = (36+216)/1,2=210 кг/м2.

Частота, соответствующая точке В-fВ, определяется по таблице 8 СНиП 23-103.

В=29000/100=290 ≈315 Гц.

Округляем до среднегеометрической частоты 1/3-октавной полосы, в пределах которой находится fВ.

Ордината точки В:

=20lgmэ-12=20lg216-12=35дБ.

Рис. 7

4.3 Расчетная частотная характеристика

Рис. 8 - Цокольный узел (сопряжение наружной стены с грунтом): 1 - основание щебеночное (плотно утрамбованное); 2 - асфальтобетонное покрытие; 3 - выравнивающий слой из цементно-песчаного раствора; 4 - гибкие связи из стеклопластика, диаметр 6 мм; 5 - гидроизоляция (2 слоя толя на битумной мастике); 6 - раствор цементно-песчаный раствор

Рис. 9 - Карнизный узел (сопряжение наружной стены с кровлей): 1 - контробрешетка; 2 - обрешетка; 3 - мауэрлат 150х150мм; 4 - диффузионная мембрана; 5 - стропило 200х50 мм; 6 -минеральная вата; 7 - пароизоляция; 8 - железобетонная плита перекрытия 220 мм; 9 - гибкие связи из стеклопластика, диаметр 6 мм

Рис. 10

Рис. 11 - Узлы сопряжения оконных блоков с наружными стенами: 1 -кирпич (наружная слой); 2 -утеплитель (плиты из пенополистирола ПСБ-С); 3 - минераловатная твердая плита (твердая); 4 - железобетонная перемычка; 5 -цементно-песчаный раствор; 6 - кирпич (внутренний слой); 7 - стальная профильная полоса крепления коробки оконного блока; 8 -силиконовый герметик; 9 - ППУ ВИЛАН-405 с наружным слоем из полимерцементной мастики, 10 - подоконная доска

Список источников

1.       СНиП 23-01-99 (с изм. 1 2003).

.        СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий.

.        СП 51.13330.2011 Защита от шума. Актуализированная редакция.

.        СНиП 23-03-2003.

.        СП 23-101-2004 Проектирование тепловой защиты.

.        СП 131.13330.2012 Строительная климатология.