Теплотехнический расчет

Ограждающие конструкции зданий должны обладать необходимыми теплозащитными свойствами и в определенной степени быть воздухо- и влагопроницаемыми. Поэтому обязательным элементом проектирования зданий является теплотехнический расчет наружных ограждающих конструкций.

Конструкция стеновой панели принимается двухслойной, состоящей из слоев: кирпича и теплоизолирующего материала.

Конструкция наружной стены показана на рисунке 1.3.

1 - штукатурка

2 - кирпич глиняный обыкновенный (ГОСТ 530-80)

3 - утеплитель (плиты на основе горных пород)

4 - воздушная прослойка

5 - алюминиевая панель «Алюкобон»

Рисунок 1.3 - Конструкция наружной стены

Теплотехнические характеристики материалов приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Теплотехнические характеристики материалов

Расчет термического сопротивления многослойной наружной стены определяем по формуле

, (1.1)

где n- коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху по таблице 3* по /1/, для наружных стен n=1;

t_B- расчетная температура внутреннего воздуха, ⁰С, принимаемая согласно ГОСТ 12.1.005-88, для общественных зданий t_B=20⁰С;

t_Н- расчетная зимняя температура наружного воздуха, ⁰С, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92, определяемая по /2/, для города Хабаровска t_Н= минус 31⁰С;

∆t^Н- нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемой по таблице 2* по /1/, для данного здания ∆ t^Н=4,5⁰С;

α_В- коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемый по таблице 4* по /1/, для стен α_В=8,7 Вт/(м²х⁰С).

(м²·°С)/Вт

Требуемое сопротивление теплопередачи Ro^тр ограждающих конструкции, исходя из условий энергосбережения (ГСОП), следует определять по таблице 1б*/1/.

Градусо-сутки отопительного периода, определяют по формуле

ГСОП=(t_В- t_ОТ.ПЕР.)х Z_{ОТ.ПЕР.,} (1.2)

где Z_ОТ.ПЕР- средняя продолжительность, сут, периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8⁰С по /2/, для города Хабаровска Z_ОТ.ПЕР=205 сут.;

t_ОТ.ПЕР- средняя температура, ⁰С, периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8⁰С по /2/, для города Хабаровска t_ОТ.ПЕР= минус 10,1⁰С;

ГСОП=(20+10,1)=6171 ⁰С *сут.,

тогда Ro^тр=3,56 (м²х⁰С)/Вт. Для дальнейшего расчета принимаем большее из требуемых сопротивлений теплопередаче, т.е. Ro^тр=3,56 (м²х⁰С)/Вт.

Необходимая толщина слоя утеплителя определяется по формуле

, (1.3)

где δi - толщина, м, i-го конструктивного слоя ограждения;

λi- коэффициент теплопроводности материала, ВТ/(м* ⁰С), принимаемый по приложению 3* по /1/, i-го конструктивного слоя ограждения.

δут, λут,- соответственно толщина, м, и коэффициент теплопроводности утеплителя, ВТ/(м* ⁰С), принимаемый по приложению 3* /1/.

α_Н- коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м²х⁰С), принимаемый по таблице 6*/1/, для наружных стен α_Н=23 Вт/(м²х⁰С). Тогда толщина утеплителя равна

м

Принимаем толщину утеплителя 200 мм.

Определяем расчетное сопротивление теплопередаче наружной стены:

(1.4)

Так как условие выполнено, то толщина утеплителя для заданного района рассчитана, верно.

Далее необходимо произвести проверку на сопротивление воздухопроницаемости.

Воздухопроницание ограждающих конструкций здании в зимних условиях существенно влияет на величину теплопотерь и, следовательно, влияет на тепловой режим помещений. Проникновение холодного воздуха через толщу ограждений происходит за счет разности давления воздуха с одной и другой стороны ограждения. Полная разность давления воздуха, Па, на наружной и внутренней поверхностях ограждающей конструкции определяется по формуле

∆P = 0.55 * H * (γ_H - γ_B) + 0.03 * γ_H * V², (1.5)

где Н - высота здания от поверхности земли до верха карниза, Н=17.620 м;

V- расчетная зимняя скорость ветра, V=5,9 м/с.

γ_H, γ_В - удельный вес, соответственно наружного и внутреннего воздуха, Н/м³, определяемый по формуле

; (1.6)

Н/м³, Н/м³,

∆P = 0,55 * 17.620 * (14,31 - 11,82) + 0,03 * 14,31 * 5,9² = 39.06 Па.

Воздухопроницаемость ограждающих конструкций R_И оценивают по величине их сопротивления воздухопроницанию, м²чПа/кг. Общее сопротивление воздухопроницанию многослойной конструкции определяется по формуле

, (1.7)

где Rui- сопротивление воздухопроницанию отдельных слоев ограждающей конструкции, м²чПа/кг, принимаемых по приложению 9 по /1/.

Ru1(штукатурка)=190 м²чПа/кг,

Ru2(кирп.гл.обык.)=18 м²чПа/кг,

Ru3(мин.плиты)=8 м²чПа/кг, тогда Ru=218 м²чПа/кг.

Требуемое сопротивление воздухопроницанию определяется по формуле

(1.8)

где G^Н - нормативная воздухопроницаемость ограждающих конструкций, принимаемая по таблице 12/1/, для наружных стен G^Н=0,5 кг/(м²ч).

Ru^тр = 39.06 / 0,5 = 78.11Па м²ч/кг

Сопротивление воздухопроницанию ограждающих конструкций зданий и сооружений должно быть не менее требуемого сопротивления воздухопроницанию, т.е. Ru≥ Ru^тр, поскольку Ru=218 > Ru^тр=78,11 стена по воздухопроницаемости удовлетворяет требованиям.

Произведем расчет температурного поля ограждения. Температура внутренней поверхности τ_В, ⁰С, ограждающей конструкции определяется по формуле

, (1.9)

Температура в произвольном сечении ограждения τ_Х, ⁰С, определяется по формуле

, (1.10)

где R_х- термическое сопротивление части конструкции, расположенной между ее внутренней поверхностью и расчетной точкой, м² *⁰С/Вт.

Температура на границе первого и второго слоев равна

⁰

Температура на границе второго и третьего слоев равна

Температура на наружной поверхности стены равна

Температура наружной поверхности угла равна

τ_У = τ_В - (t_В - t_Н) * (0,18 - 0,036 R₀);

τ_у = 18,40 - (20 + 22) * (0,18 - 0,036 * 3,67) = 16,38 ⁰С.

График распределения температуры в толще стены показан на рисунке 1.4.

1-штукатурка

2-кирпич глиняный обыкновенный (ГОСТ 530-80)

3-утеплитель (плиты на основе горных пород)

Рисунок 1.4 – Температурное поле ограждающей конструкции

Выполним проверку на выпадение конденсата на внутренней поверхности ограждающей конструкции. Действительное значение упругости водяного пара е_tв, Па, определяется по формуле

, (1.11)

где φ_В- относительная влажность воздуха, здесь φ_В=55%;

Еt_В- максимальное значение упругости водяного пара, Па, принимаемое по /1/, при t_В=20 ⁰С Еt_В=2338 Па.

Па

Температура точки росы определяется по /1/, τ_ТР=10,8 ⁰С.

Так как τ_В=18,5 ⁰С> τ_ТР=10,8 ⁰С и τ_У=16,3 ⁰С> τ_ТР= 10,8 ⁰С, следовательно на внутренней поверхности глади наружной стены и на внутренней поверхности наружных углов конденсации влаги на будет.

Проведем проверку на сопротивление паропроницаемости.

Так как наружная стена представляет собой многослойную ограждающую конструкцию, тогда плоскость возможной конденсации расположена на границе слоя утеплителя. Расположение ПВК показано на рисунке 1.5.

1-штукатурка

2-кирпич глиняный обыкновенный (ГОСТ 530-80)

3-утеплитель (плиты минероловатные)

Рисунок 1.5 - Расположение ПВК

Расчетное сопротивление паропроницанию (в пределах от внутренней поверхности до ПВК) определяется по формуле

(1.12)

м²×ч×Па/мг

Значение температур в ПВК, ⁰С, определяется по формуле

, (1.13)

где R_х- термическое сопротивление слоя панели (в пределах от внутренней поверхности до ПВК), (м²*⁰С)/Вт.

(м²*⁰С)/Вт

Для периодов

зимнего, при t_З = минус 14,9 ⁰С

°С;

весенне-осеннего, при t_ВО=3,9 ⁰С

°C;

летнего, при t_Л=16,7 ⁰С

°C.

Упругость водяного пара в ПВК за годовой период:

, (1.14)

где Е₁, Е₂, Е₃-упругость водяного пара принимаемая по температуре в ПВК, определяемой при средней температуре наружного воздуха соответственно зимнего, весеннее - осеннего и летнего периодов (Е₁=1640 Па, Е₂=1986 Па, Е₃=2266 Па);

Z₁, Z₂, Z₃-продолжительность, мес., зимнего, осеннее - весеннего и летнего периодов (Z₁=5 мес., Z₂=2 мес., Z₃=5 мес.)

Па

Среднюю упругость водяного пара наружного воздуха определяем как среднее арифметическое значение:

Требуемое сопротивление паропроницаемости определяется по формулам 1.15 и 1.16

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

(1.15)

м²×ч×Па/мг;

- из условия ограничения влаги в ограждающей конструкции за период с отрицательными среднемесячными температурами наружного воздуха:

(1.16)

где Z₀-продолжительность периода влагонакопления (Z₀=162 сут.);

е_tВ- средняя упругость водяного пара внутреннего воздуха (е_tВ=1285,9 Па);

е_Н- средняя упругость водяного пара наружного воздуха за годовой период (е_Н=760 Па);

R_ПН- сопротивление паропроницанию части ограждающей конструкции, расположенной между наружной поверхностью конструкции и ПВК (R_ПН=δ/μ=0,2/0,3=0,67 м²*ч*Па/мг);

δ_W,γ_W- соответственно толщина и плотность материала увлажняющего слоя (δ_W=200 мм=0,2 м, γ_W=125 кг/м³);

∆W_СР- предельно допустимое приращение расчетного массового отношения влаги в материале увлажняемого слоя, принимается по таблице 14* /1/ (∆W_СР=3%);

Е₀- упругость водяного пара, в плоскости возможной конденсации, определяемая при средней температуре наружного воздуха периода с отрицательными среднемесячными температурами (Е₀=1640 Па);

η-поправка, определяется по формуле

(1.17)

где е_НО- упругость водяного пара наружного воздуха, Па, периода месяцев с отрицательными температурами е_НО=(90+120+240+250+120)/5=164 Па).

м²×ч×Па/мг

Поскольку R_п1^тр и R_п2^тр отрицательны, тогда очевидно, что ПВК отсутствует, и материалы для стены подобраны правильно. Пар, проходя сквозь толщу стены, выходит наружу и конденсат не выпадает.

Поиск по сайту: