Расчет тепловой защиты помещения

Федеральное агентство по образованию и науке

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

 

Кафедра строительной физики и химии

 

                                                                            Дисциплина: строительная физика

                                   

Курсовая работа

РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ ПОМЕЩЕНИЯ

 

 

 

                                                                                    

  Выполнил студент

                                                                                            группы 1-СУЗС-2

Востриков В. О.

       Научный  руководитель:                                                                      

                                                                                            старший преподаватель

Меллех Т. Х.

 

                                     

 

                                        

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2014

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.....................................................................................................................3

1. Выборка исходных данных.............................................................................................6

1.1. Климат местности...............................................................................................6

1.2. Параметры микроклимата  помещения.............................................................6

1.3. Теплофизические характеристики  материалов...............................................7

2. Определение точки росы.................................................................................................7

3. Определение нормы тепловой  защиты..........................................................................7

3.1. Определение нормы  тепловой защиты по условию  энергосбережения.......8

3.2. Определение норм тепловой  защиты по условию санитарии........................8

3.3 Норма тепловой защиты.....................................................................................8

4. Расчет толщины утеплителя...........................................................................................9

5. Проверка внутренней  поверхности ограждения на выпадение  росы.......................10

6. Проверка на выпадение  росы в толще ограждения....................................................10

7. Проверка влажности  режима ограждения...................................................................11

8. Проверка ограждения  на воздухопроницание............................................................12

Заключение...............................................................................................................15

Список использованной литературы.....................................................................16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Обитаемое здание, где бы оно ни находилось на нашей планете, обязано выполнять по отношению к человеку роль холодильника, оптимально охлаждающего человека в любое время года.

Интенсивность охлаждения зависит от одежды и физической активности (характера деятельности) человека и предопределяется поддержанием в помещении параметров теплового микроклимата:

• температуры воздуха – tв;
• относительной влажности воздуха – φв;
• скорость движения (подвижности) воздуха – vв;
• радиационной температуры помещения – tв;

Оптимальное значение параметров устанавливают и рекомендуют врачи гигиенисты. Строительные Нормы и Правила приводят эти рекомендации, но не в полном объеме из-за того, что для контроля радиационной температуры нет массовой измерительной аппаратуры. Поэтому этот параметр не нормируется, хотя его влияние на охлаждение человеческого тела весьма значительно. Вместо него СНиП1 рекомендуют не превышать в помещениях предельно допустимых перепадов температур Δtн (которые называются нормативными) между воздухом помещения и поверхностями его ограждающих конструкций: стен, потолка, пола. Так, в жилых помещениях этот перепад не должен превышать:

• для стен – 4 ̊ С
• для потолка – 3 ̊ С
• для пола – 2 ̊ С2

На окна правило перепадов не распространяется, а потому на них допускается выпадение не только росы, но и инея, что в еще большей степени усугубляет в помещении радиационный дискомфорт.

Отсутствие действительного контроля за радиационной температурой помещения является крупным недостатком существующего СНиП II-3-79*.

Обеспечение оптимальных параметров теплового микроклимата в помещениях достигается обоснованной тепловой защитой от внешних погодных воздействий и работой отопительно-вентиляционных установок, мощность которых определяется исходя из приточно-сточных балансов тепла, влаги и воздуха, составляемых для помещения. Таким образом, расчет тепловой защиты помещения всегда опережает проектирование отопительной системы и определяет нагрузки на несущие конструкции.

Концентрация водяных паров в воздухе помещения, как правило, выше, чем на улице. Они могут конденсироваться и выпадать в виде росы не только на внутренней поверхности ограждающей конструкции, но и в ее толще при диффузии водяных паров на улицу. Поэтому конструкции проверяют на возможность выпадения росы на поверхности и в толще. Наиболее вероятными местами выпадения росы являются поверхности холодных углов, теплопроводных включений, панелей и колонн, насыщенных металлической арматурой и т.п. Их температура не должна быть выше точки росы. Если из-за высокой влажности (в банях, прачечных и т.п.) выпадение росы неизбежно, то поверхность надо облицовывать водонепроницаемыми материалами. Если же роса выпадает в толще ограждения и с эти можно смириться, то следует проверять влажностный режим увлажняемого слоя. Во-первых, материал, в котором выпадает роса, должен в благоприятное время года успевать высохнуть, чтобы не было прироста влажности. Это условие называется ненакоплением влаги. Во-вторых, к концу периода влагонакопления, охватывающего месяцы с температурой 0 ̊ С и ниже, прирост влажности не должен превысить допустимого значения, в противном случае, возникает временное снижение теплозащитных свойств конструкции, что не позволит поддерживать тепловой микроклимат помещения на должном уровне. Для выполнения второго условия слой, в котором возможно выпадение росы, проверяют на допустимое увлажнение.

Параметры микроклимата снижаются при инфильтрации через конструкцию холодного воздуха с улицы, поэтому величина инфильтрации ограничивается СНиП II-3-79* и подлежит проверке.

В результате расчетов получают минимально допустимую толщину конструкции ограждения, отвечающую всем вышеперечисленным требованиям. Проектировать конструкцию тоньше нормативно обусловленного значения нельзя, а толще можно, если этого требуют условия энергосбережения. Иными словами, из двух вышеперечисленных значений сопротивлений теплопередачи: экономической Rоэ и санитарной Rос к исполнению принимается наибольшее из них, обозначаемое в дальнейшем как требуемое Rотр.

Для более глубокого и конкретного усвоения процесса теплотехнического проектирования зданий необходимо для заданного района строительства рассчитать предложенную конструкцию, руководствуясь излагаемой далее методикой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВЫБОРКА ИСХОНЫХ ДАННЫХ

 

Климат местности

1. Средние месячные температуры, упругости водяных паров воздуха ен:

Вели- чина	Месяц
	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
tн, ̊ С	-20,9	-18,3	-9,7	1,0	8,4	14,8	17,6	15,0	8,1	0,5	-10,8	-18,7
ен, %	110	120	230	400	620	1120	1490	1340	840	500	250	150

 

2. Температура воздуха, ̊ С:

- средняя наиболее холодной  пятидневки обеспеченностью 0,92: tх5 = -37

- средняя отопительного  периода, который охватывает дни  со среднесуточными температурами  ≤ 8 ̊ С: tот = -8,9

3. Продолжительность периодов, сут.:

- влагонакопления с температурами  ≤ 0 ̊ С: z0 = 176

- отопительного: zот = 241

4. Повторяемость [П] и скорость [v] ветра:

Месяц	Характеристика	Румб
		С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ
Январь	П, %	6	9	14	34	3	1	7	26
	v, м/с	1,3	1,0	1,6	2,9	2,1	0,7	2,0	2,8
Июль	П, %	4	2	5	32	9	6	18	24
	v, м/с	2,0	1,3	1,8	2,2	1,7	1,4	2,3	3,0

 

Параметры микроклимата помещения

1. Назначение помещения: клуб

2. Температура внутреннего воздуха: tв = 19 ̊ С

3. Относительная влажность внутреннего воздуха: φв = 55%

4. Разрез рассчитываемого ограждения:

 

1 – штукатурка известково-песчаная

2 – бетон на вулканическом  шлаке (1600 кг/м3)

3 – пенопласт (80 кг/ м3)

4 – воздушная прослойка

5 – кирпич глиняный  на цементно-песчаном растворе (1800 кг/м3)

 

Теплофизические характеристики материалов

Характеристики материалов зависят от их эксплуатационной влажности, на которую влияют влажность воздуха в помещении и на улице, которым надо дать оценку3.

1. Влажностный режим помещения нормальный

2. Зона влажности, в которой находится данный населенный пункт (Иркутск): сухая.

3. Влажностные условия эксплуатации ограждающей конструкции: А.

4. Значения характеристик материалов составляющих данную конструкцию: см. приложение 1.

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЧКИ РОСЫ

2.1. При температуре tв = 19 ̊ C при заданной относительной влажности φв = 55% упругость насыщающий воздух водяных паров Ев = 2197 Па

2.2. По формуле ев = φв*Ев/100 вычислим фактическую упругость водяных паров:

ев = 55*2197/100 = 1208 (Па)

2.3. При ев = 1208 Па точка росы tp = 9,8 ̊ С

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОРМЫ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ

Для расчета толщины утепляющего слоя необходимо определить сопротивление теплопередачи ограждающей конструкции исходя из требований санитарных норм Rос и энергосбережения Rоэ.

Определение нормы тепловой защиты по условию энергосбережения

3.1.1. Определяем градусо-сутки отопительного периода по формуле:

ГСОП = Х = (tв – tот)*zот, где

tв – расчетная температура внутреннего воздуха, ̊ С

tот – средняя температура отопительного периода, ̊ С

zот – продолжительность отопительного периода, сут.

ГСОП = Х = (19 – (-8,9))*176 = 4910,4

3.1.2. Нормативное значение приведенного сопротивления теплопередачи по условию энергосбережения определяются в зависимости от назначения ограждающей конструкции, условий эксплуатации и градусо-суток отопительного периода: 
Rоэ = R + β*Х, м2*К/Вт

В нашем случае имеем R = 1,2 м2*К/Вт и β = 0,0003 м2/Вт*сут

Rоэ = 1,2 + 0,0003*4910,4 = 2,673 (м2*К/Вт)

Определение норм тепловой защиты по условию санитарии

3.2.1. Нормативный перепад между температурой воздуха в помещении и температурой на внутренней поверхности ограждающей конструкции: Δtн = 4,5 ̊ С

3.2.2. Корректирующий множитель n, учитывающий степень контактности ограждения с наружным воздухом: n = 1

3.2.3. Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции: αв = 8,7 Вт/(м2*К)

3.2.4. Вычислим нормативное сопротивление теплопередаче по условию санитарии по формуле Rос = (tв – tx5)*n / (αв*Δt), м2*К/Вт

Rос = (19 – (-37))*1 / (8,7*4,5) = 1,430 (м2*К/Вт)

Норма тепловой защиты

Из вычисленных значений сопротивлений теплопередачи за требуемое возьмем значение экономическое сопротивление, так как оно больше санитарного. Следовательно, Rоэ = Rотр = 2,673 м2*К/Вт

 

 

РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ УТЕПЛИТЕЛЯ

Утепляющим слоем считается тот из представленных слоев, для которого не задана толщина δ.

4.1. Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения внешней среде: αн = 23 Вт/(м2*К)

4.2. Вычислим сопротивление теплообмену: R = 1/α: 
- для внутренней поверхности: Rв = 1/8,7 = 0,115 (м2*К/Вт)

- для наружной поверхности: Rн = 1/23 = 0,043 (м2*К/Вт)