Теплофизический расчет наружной стены

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кафедра гидравлики и теплотехники

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа по строительной физике

«Теплофизический расчет наружной стены »

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Теплофизический расчет наружной стены

 

Выполним теплофизический расчёта наружной стены из монолитного керамзитобетона.

 

         Рис. 1. Фрагмент  глади стены

 

Записываем теплофизические характеристики материалов в таблицу 1.

 

                           Таблица 1

Теплофизические характеристики материалов ограждения

№ слоя	Материал слоя	Толщина, δ, м	Плотность, , кг/м3	Влажность, , %	Коэффициенты
					λ, Вт/(м·°С)	µ,  мг/(м·ч·Па)	S,  Вт/(м2·°С)
1	Известково-песчаный раствор	0,02	1600	2	0,7	0,12	8,69
2	Монолитный керамзитобетон	-	800	5	0,24	0,19	3,83
3	Цементно-песчаный раствор	0,02	1800	2	0,76	0,09	9,6
4	Фактурный слой фасадной системы	0,0035	1600	2	0,76	0,05	9,77

 

 

 

 

 

 

Исходные данные

 

1. Район строительства – г. Самара, тип здания –жилое.
2. Температура наиболее холодной пятидневки tн5 = -30 °С.
3. Средняя температура за отопительный период tо.п. = -5,2 °С.
4. Продолжительность отопительного периода Zо.п. =203 сут.
5. Температура воздуха внутри здания tв =+20°С.
6. Относительная влажность воздуха =55 %.
7. Значения среднемесячной температуры воздуха и парциального давления водяного пара приведены в таблице 2.
8. Фрагмент глади стены показан на рис.1.

 

  Таблица 2

Параметры наружного воздуха для г. Самара

Месяц	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII	Год
Температура, °С	-13,5	-12,6	-5,8	5,8	14,3	18,6	20,4	19,0	12,8	4,2	-3,4	-9,6	4,2
Парциальное давление, ГПа	2,2	2,2	3,6	6,2	8,5	12,2	14,7	13,1	9,5	6,3	4,5	3,0	7,2

9. Максимальное и среднее значения солнечной суммарной радиации (прямой и рассеянной) при ясном небе в июле:  
   Imax = 838 ;    Iср. = 329 .
10. Максимальная амплитуда суточных колебаний температуры наружного воздуха в июле = 18,5 ºС.
11. Максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь, υI= 5,4 м/с.
12. Минимальная из средних скоростей ветра по румбам за июль, υVII=3,2 м/с.

 

Теплотехнический расчет наружной стены

 

Расчет выполняем по параметрам А, согласно приложению В (Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Строительная теплофизика»).

Расчёт выполняется в следующей последовательности:

1. Требуемое сопротивление теплопередаче наружной стены, исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий, определяем по формуле:

.

2. Требуемое сопротивление теплопередаче наружной стены, исходя из условия энергосбережения, с помощью приложения К

(Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Строительная теплофизика»), определяем величину градусосуток отопительного периода, используя формулу:

;

 

                 .

 

3. Из двух значений и

принимаем наибольшее значение .

4. Минимально допустимое значение приведенного сопротивления теплопередаче наружной стены при реализации потребительского подхода находим, используя формулу:

.

5. Определяем требуемую толщину утеплителя из условия :

.

Принимаем .

.

6. Принимаем толщину монолитного керамзитобетона .
7. Находим значение приведенного сопротивления теплопередаче наружной стены:

                              R0усл=2,30 (м2∙˚С)/Вт

8. Определяем значение коэффициента теплопередаче по формуле:

.

9. Вычисляем удельный тепловой поток, проходящий через наружную стену при температуре наружного воздуха, равной средней температуре наиболее холодной пятидневки по формуле:

.

10.Находим значения температур на границах слоев ограждения по формуле:

;

;

;

;

;

.

11.Определяем температуру на  внутренней поверхности наружного угла по формуле:

τу > τр; 13,33 > 10,69ºС.

Выпадение конденсата маловероятно.

 

Расчет влажностного режима наружной стены

 

12. Находим сопротивление паропроницанию наружной стены по формуле:

13. Определяем значение упругости внутреннего воздуха eв по формуле:

;

Ев=2338 Па при tв=20˚С (Таблица И.2 «Значение парциального насыщенного водяного пара Е, Па, для температуры t от 0 до +30˚С (над водой)).

14. По формуле находим значения комплекса F(tki) для всех слоёв наружной стены:

15. По таблице 5.1 (Методические указания к курсовой работе

по дисциплине «Строительная теплофизика») определяем значения температуры в плоскости возможной конденсации:

  >20 °C.

Плоскость возможной конденсации может находиться лишь во втором слое.

16. Определяем координату плоскости возможной конденсации в керамзитобетоне:

17. Определяем значение температуры в плоскости возможной конденсации для трёх периодов года согласно СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»:

а) зимний период:

tн1 - определяется из таблице 2 на стр.3 выписываем месяцы в которых температура ниже -5˚С и суммируем, а затем делим на количество месяцев.

tI=-13,5˚C, tII=-12,6˚C, tIII=-5,8˚C tХII=-9,6˚C, тогда tн1= ˚С.

- по таблице И.1.

б) переходный период:

tн2 - определяется из таблице 2 выписываем месяцы в которых температура от -5˚С и до +5˚С, затем суммируем и делим на количество месяцев.

tX=+4,2˚C tХI=-3,4˚C, тогда tн2= ˚С.

 

в) летний период:

tн3 - определяется из таблице 2 выписываем месяцы в которых температура выше +5˚С и суммируем, а затем делим на количество месяцев.

 tIV=5,8˚C, tV=14,3˚C, tVI=18,6˚C, tVII=20,4˚C,  tVIII=19,0˚C, tIХ=12,8˚C, тогда tн3= ˚С.

18. Находим значение упругости водяного пара в плоскости возможной конденсации за годовой период эксплуатации:

            Z1=4 - количество месяцев в которых температура ниже -5˚С;

            Z2=2 - количество месяцев в которых температура от -5˚С до +5˚С;

            Z3=6 - количество месяцев в которых температура выше +5˚С;

 

19. Определяем сопротивление паропроницанию части наружной стены, расположенной между наружной поверхностью ограждающей конструкции и плоскостью возможной конденсации:

20. Находим величину требуемого сопротивления паропроницанию из условия недопустимости накопления влаги в наружной стене за годовой период эксплуатации:

.

 ен=720 Па - средняя упругость водяного пара наружного воздуха, Па, за годовой период, определяемая по СНиП 23-01-99* (таб.5а).

 

21. Определяем сопротивление паропроницанию наружной стены в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации:

Следовательно, накопление влаги за годовой период эксплуатации не происходит.

22. Находим значение упругости водяного пара в плоскости возможной конденсации за период с отрицательными температурами:

tн4 - определяется из таблице 2, выписываем месяцы в которых температура ниже 0˚С, затем суммируем и делим на количество месяцев.

  tI=-13,5˚C, tII=-12,6˚C, tIII=-5,8˚C, ,  , tХI=-3,4˚C,  tХII=-9,6˚C тогда       tн4= ˚С.

, определяется по таблице  И.1 (Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Строительная теплофизика»)

 

23. Требуемое сопротивление паропроницанию из условия ограничения накопления влаги находим по формуле:

Z0=151 – продолжительность, сут, периода влагонакопления, принимаемая равной периоду с отрицательными среднемесячными температурами наружного воздуха по таблице 2;

Δwср=5% - таблица 5.4 (Методические указания к курсовой работе

по дисциплине «Строительная теплофизика»)

ен.о - средняя упругость водяного пара наружного воздуха, Па, периода месяцев с отрицательными среднемесячными температурами, определяемая по таблица 2:

ен.о= .

 

Результаты расчёта влажностного режима наружной стены показали, что фактическое сопротивление паропроницанию значительно превышает требуемое значение. Следовательно, накопление влаги в стене маловероятно.

 

Теплоустойчивость наружной стены

 

Проверка теплоустойчивости ограждающих конструкций выполняется для районов со среднемесячной температурой июля tнVII/ 21,4 ºС и выше для наружных стен с тепловой инерцией D0 = ΣD менее 4 [3].

25.Вычисляем тепловую инерцию  наружной стены по формуле (4.5)

D0 = R1 S1 + R2 S2 + R3 S3 + R4 S4=0,0286·8,69+2,083·3,83+

+0,0263·9,6+0,0046·9,77=0,2485+7,978+0,252+0,0449=8,52.

26.Определяем значение требуемой  амплитуды колебаний температуры внутренней поверхности стены

= 2,5 - 0,1 · (tнVII – 21)=2,5-0,1∙(20,4-21)=2,59 ºС.

27.Находим амплитуду колебаний  температуры внутренней поверхности наружной стены по формуле:

= ,

где – расчетная амплитуда колебаний температуры наружного воздуха, ºС;

 – величина затухания расчетной  амплитуды колебаний температуры  наружного воздуха в стен.

αн = 1,16 · (5+10 )=1,16(5+10 )=26,6 Вт/(м2·ºС).

.

.

 Вт/(м2·ºС);

 Вт/(м2·ºС), т.к. D2>1;

 Вт/(м2·ºС);

 Вт/(м2·ºС).

= ºС.

< ; 0,023<2,59 ºС.