Конструирование и расчет наружных ограждающих конструкций здания, систем отопления и вентиляции

Конструирование и расчет наружных ограждающих конструкций здания, систем отопления и вентиляции

1)      Выбор и теплотехнический расчет наружных ограждающих конструкций здания

Конечной целью теплотехнического расчета является определение коэффициента теплопередачи отдельных элементов ограждающих конструкций здания. В курсовой работе в результате теплотехнического расчета определяются:

·        оптимальное для заданного района строительства сопротивление теплопередаче наружной стены;

·        необходимая толщина теплоизоляционного слоя наружной стены, ее фактическое сопротивление и коэффициент теплопередачи;

·        возможность конденсации водяных паров на внутренних поверхностях стены и в толще наружной стены;

·        оптимальное заполнение световых проемов, их фактическое сопротивление теплопередаче и воздухопроницанию, а также коэффициент теплопередачи;

·        требуемые термические сопротивления пола, чердачного перекрытия, наружной стены и окон, а также их коэффициенты теплопередачи.

1.1    Исходные данные и выбор климатических характеристик района строительства

Район строительства - Псков

Число этажей - 2

Ориентация входа -восток

Строительные размеры: а = 2,9 м б =2,9 м НЭТ = 2,9м НШ = 3,5 м

Расчетные климатические характеристики

Таблица 1

1.2    Выбор расчетных условий и характеристик микроклимата в помещениях

Температура воздуха в помещениях tВ принимается по ГОСТ 30494-96 в зависимости от значения средней температуры наиболее холодной пятидневки tН5 и места расположения жилых комнат

Расчетные условия и характеристика микроклимата

Таблица 2

1.3    Выбор теплотехнических показателей строительных материалов и характеристик ограждающих конструкций

Теплотехнические показатели строительных материалов выбираются в соответствии с прил.3 СНиП II-3-79* в зависимости от условий эксплуатации ограждающих конструкций

Теплотехнические показатели строительных материалов

Таблица 3

Теплотехнические характеристики ограждающих конструкций принимаются по СНиП 2-3-79* табл. 2, 3, 4, 6

Теплотехнические характеристики ограждающих конструкций

Таблица 4

1.4 Расчет оптимального сопротивления теплопередаче, толщины утеплителя и коэффициента теплопередачи ограждающих конструкций

Общее оптимальное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций R0, м2. 0С/Вт, выбирается из условия R0пр ≥ R0эн, R0тр, где R0эн и R0тр - энергетически целесообразное и минимальное требуемое сопротивление теплопередаче, определяемое в соответствии с пунктом 2 СНиП II-3-79*

Требуемое сопротивление ограждающих конструкций

R0тр=n. (tв-tн5)/(αв. Δtн), м2. 0С/Вт

tв - расчетная температура внутреннего воздуха в характерном помещении (табл. 2)

n - коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху; принимаются по табл. 4

αв - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения, принимается по табл.4

Δtн - нормативный температурный перепад между температурой воздуха в помещении и внутренней поверхности наружного ограждения, принимается по табл. 4

Для наружных стен:    R0тр =1. [18-(-35)]/(8,7. 4) =1,52

Для чердачных перекрытий: R0тр =0,9. [18-(-35)]/(8,7. 3) =1,83

Для перекрытий над подвалом: R0тр =0,6. [18-(-35)]/(8,7. 2) =1,82

Определяем из СНиП II-3-79*

R0эн = a. ГСОП + b, м2 * 0С/Вт:

ГСОП = (tв-tоп). zоп = [18-(-1,6)]. 212=4155,2

для наружных стен:

R0тр= 2,4+(3,0-2,4)∙(4155,2−4000)/2000 = 2,45(м2°с)/Вт;

надподвальное и чердачное перекрытие:

R0тр=2,7+(3,4-2,7) ∙(4155,2−4000)/2000 =2,75 (м2°C)/Вт;

для бесчердачных покрытий:

R0тр=3,2+(4-3,2)∙(4155,2−4000)/2000 =3,26(м2°с)/Вт;

для окон

R0тр =0.4 + (0,5- 0,4)∙(4155,2−4000)/2000 = 0,41 (м2°C)/Вт;

Таблица 5

R0эн > R0тр следовательно принимаем R0пр = R0эн

R0р= 1/αв+δ1/λ1+Rут+δ2/λ2+δ3/λ3+1/αн = R0пр/r, м2.

0С/Вт - расчетное сопротивление теплоотдаче однородного наружного ограждения

r = 0,8- коэффициент теплотехнической однородности для наружных стен

r = 0,95- коэффициент теплотехнической однородности для покрытий

αв - коэффициент теплообмена на внутренней поверхности ограждения

αн - коэффициент теплообмена на наружной поверхности ограждения, принимается

δi и λi - соответственно толщина, м, и коэффициент теплопроводности отдельных слоев

Термическое сопротивление теплопередаче слоя утеплителя

Rут= (R0пр/r) - (1/αв+δ1/λ1+δ2/λ2+δ3/λ3+1/αн)

Для наружных стен:   

Rут = 2,45/0,8 - (1/8.7+0,02/0,93+0,25/0,76+0,3/0,79+0,05/0,87+1/23)= 2,12

Для чердачных перекрытий:

Rут = 3,26/0,95 - (1/8.7+0,02/0,93+0,25/0,76+0,3/0,79+0,05/0,87+1/12)= 2,44

Для перекрытий над проездами:

Rут = 2,75/0,95 - (1/8.7+0,02/0,93+0,25/0,76+0,3/0,79+0,05/0,87+1/6)= 1,82

Расчетная толщина утеплителя δутр = Rут.λут, м

Для наружных стен:    δутр = 2,12. 0,13 = 0,276 → 0,3 = δуток

Для чердачных перекрытий: δутр = 2,44. 0,13 = 0,32 → 0,4 = δуток

Для перекрытий над проездами: δутр = 1,82. 0,13 = 0,24 → 0,3 = δуток

Окончательное расчетное сопротивление теплопередаче

R0пр.ок = [(1/αв+δ1/λ1+δ2/λ2+δ3/λ3+1/αн)+δуток/λут]. r = R0р.ок. r

Для наружных стен:

R0пр.ок = (1/8.7+0,02/0,93+0,25/0,76+0,3/0,79+0,05/0,87+1/23)+0,3/0,052))=6,72 м2°С/Вт

Для чердачных перекрытий:

R0пр.ок = (1/8.7+0,02/0,93+0,25/0,76+0,3/0,79+0,05/0,87+1/12)+0,4/0,052) =8,68 м2°С/Вт

Для перекрытий над проездами:

R0пр.ок = (1/8.7+0,02/0,93+0,25/0,76+0,3/0,79+0,05/0,87+1/6)+0,3/0,052))=6,84 м2°С/Вт

Фактическое приведенное сопротивление теплопередачи равно:

= R0усл,ф ∙r= 6,72∙ 0,8=5,38 м2°С/Вт

Коэффициент теплопередачи К = 1/ R0пр.ок, Вт/(м2. 0С)

Для наружных стен:    К = 1/ 5,38 = 0,186

Для чердачных перекрытий: К = 1/ 8,25 = 0,121

Для перекрытий над проездами: К = 1/ 6,498 =0,154

Выбор заполнения светопроема осуществляется из условия того, что расчетное требуемое сопротивление теплопередаче для окна равно Rотр = 0,41 м2 0С/Вт.

По приложению 6 к СНиП II-3-79* "Строительная теплотехника"

Конструкцией окна, подходящей для данного типа здания, с равным требуемому(или ближайшим большим) сопротивлением теплопередаче является: Двойное остекление в раздельных переплетах, (в деревянных или ПВХ переплетах) R0=0,44 м2°С/Вт

Коэффициент теплопередачи выбранного окна: К=1/0,44=2,273Вт/м2°С.

Для определения необходимого уплотнения окна найдем требуемое сопротивление воздухопроницанию:

где GH- нормативная воздухопроницаемость, для жилых и общественных зданий при пластиковых переплетах в соответствии с таблицей 12* СНиП II-3-79*

GH= 5 кг/ч*м2;

∆Р0 - разность давлений воздуха по обе стороны окна, при которой проводятся исследования воздухопроницания окон, ∆Р0 = 10 Па;

∆Р - разность давлений воздуха по обе стороны окна первого этажа:

где Н - высота здания; в нашем случае двухэтажного здания с высотой первого этажа 3,1 м, высота второго этажа 2,9м (высота вентиляционной шахты над перекрытием второго этажа 2,9м) H=2,9+2,9+2,9=8,7 м;

γн-γв удельный вес соответственно наружного и внутреннего воздуха, Н/мЗ,

определяются в зависимости от наружной и внутренней температур по эмпирической формуле:

для внутреннего воздуха γв= 3463/(273 + tB) = 3463/(273 + 18) =11,9Н/м3;

для наружного воздуха γн= 3463/(273 + tн) = 3463/(273−35) =14,55Н/м3;

В данном случае принимаем Rфи=0,44 м2ч/кг и требуем от заказчика закупки окон, в которых по сертификату сопротивление воздухопроницанию не меньше требуемого значения.

1.5    Проверка отсутствия конденсации водяных паров на поверхности и в толще наружной стены

Конденсация водяных паров возможна, если в любом сечении ограждения, перпендикулярном направлению теплового потока, парциальное давление (упругость) водяного пара exi больше максимальной упругости водяного пара Exi, соответствующей максимально возможному насыщению воздуха водяным паром

Температура внутренней поверхности глади наружной стены

txi = tв - ∑Rxi. (tв-tхм)/R0р.ок, 0C

∑Rxi = RВ + ∑(δi/λi) - сопротивление теплопередаче от воздуха помещения до рассматриваемого сечения X, м2. 0C/Вт

τн=-35+((18-(-35))*(1/23)*0,8)/(5,38)=-34,6оС

t1=-35+((18-(-35))*(1/23+0,02/0,93)*0,8)/(5,38)=-34,5оС

t2=-35+((18-(-35))*(1/23+0,02/0,93+0,25/0,76)*0,8)/(5,38)=-31,9 оС

t3=-35+((18-(-35))*(1/23+0,02/0,93+0,25/0,76+0,3/0,052)*0,8)/(5,38)=13,6оС

t4=-35+((18-(-35))*(1/23+0,02/0,93+0,25/0,76+0,3/0,052+0,3/0,79)*0,8)/(5,38)=16,6 оС

τв=18-((18-(-35))*(1/8,7*0,8)/(5,38)=17,1оС

τуг=17,1-(0,18*0,042*5,38)*(18-(-35))=14,9 оС

Найдем давление насыщения, соответствующее данным температурам.

Далее определим парциальные давление водяных паров в наружном и внутреннем воздухе при tн= -35 оС, tв= 18 tн=-6,1 оС (для самого холодного месяца - января): eн=61,4 х 0,90=55,3 Па

eв=2065 х 0,55=1136 Па

eн (для января)=383,6 х 0,90=345,2 Па

Для дальнейших расчетов принимаем eн=55,3 Па

Найдем температуру точки росы во внутреннем воздухе при eв=1136 Па:

tр=20,1-(5,75-0,00206*eв)2=20,1-(5,75-0,00206*1136)2=8,5 оС

В ходе проведенных расчетов было выяснено, что температура внутренней поверхности стены τв= 17,1 оС и температура внутреннего угла τуг= 14,9 оС больше температуры точки росы tр=8,5 оС, следовательно можно быть уверенным, что выпадения влаги не произойдет.

Определим сопротивление паропроницанию наружной стены по формуле:

Rп= Rп.в.+Σ(δi/μi)+Rп.н.=0,0267+0,02/0,93+0,25/0,76+0,3/0,052+0,3/0,79+0,052=

=6,6 м2*ч*Па/мг

Определим распределение парциального давления водяных паров в толще ограждения при температуре наружного воздуха tн=tянв=-6,1 оС.

eв.пов.=1136-(0,0267/6,6)*(1136-55,3)=1132Па

e1=1136-((0,0267+0,02/0,93)/6,6)*(1136-55,3)=1128 Па

e2=1136-((0,0267+0,02/0,93+0,25/0,76)/6,6)*(1136-55,3)=1074 Па

e3=1136-((0,0267+0,02/0,93+0,25/0,76+0,3/0,052)/6,6)*(1136-55,3)=129,2 Па

e4=1136-((0,0267+0,02/0,93+0,25/0,76+0,3/0,052+0,3/0,79)/6,6)*(1136-55,3)=67 Па

eн.пов =1136-((0,0267+0,02/0,93+0,25/0,76+0,3/0,052+0,3/0,79+0,052)/6,6)*(1136-55,3)=58,5 Па

Полученные данные по распределению температур и давлению сведем в таблицу 3 и на её основе построим график распределения температуры и парциального давления в толще ограждения.

Значения tx, ex, Ex

Таблица 6

Страницы: 1, 2, 3