Теплотехнический расчет ограждающих конструкций

БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Теплотехнический расчет ограждающих конструкций

Теплотехнический расчет ограждающих конструкций

Содержание

Исходные данные

1. Теплотехнический расчёт конструкции наружной стены

2. Теплотехнический расчёт конструкции чердачного перекрытия

3. Теплотехнический расчёт конструкции пола первого этажа над не отапливаемым подвалом

4. Выбор видов конструкции световых проёмов и наружных дверей

5. Расчёт приведённого сопротивления теплопередаче сложного ограждения (конструкции наружной стены)

6. Расчёт воздухопроницания конструкции наружной стены

7. Расчёт паропроницания конструкции наружной стены

8. Теплотехнический расчет внутренних конструкций

Список литературы

Исходные данные

Таблица №1. Климатические данные района проектирования - Благовещенск.

Таблица №2. Теплотехнические данные ограждающих конструкций

1. Теплотехнический расчёт конструкций наружной стены

Определение приведенного сопротивления теплопередаче

Приведенное сопротивлении теплопередачи , , из санитарно - гигиенических и комфортных условиях определяют по формуле:

,(1)

где - коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху и приведенный в таблице 6 [8];

- нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренне поверхности ограждающей конструкции, , принимаемый по таблице 5 [8];

- коэффициент теплопередачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, ., принимаемый по таблице 7 [8];

- расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, , принимаемая для расчета ограждающих конструкций группы зданий по поз. 1 таблицы 4 [8] по минимальным значениям оптимальной температуры соответствующих зданий по [11] (в интервале 20-22 );

- расчетная температура наружного воздуха в холодный период года, , для всех зданий, кроме производственных зданий, предназначенных для сезонной эксплуатации, принимаемая равной средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по [7]. СНиП Строительная климатология

1.1. Определение нормируемого значения сопротивления теплопередаче.

Градусо - сутки отопительного периода , , определяем по формуле (1);

(2)

где - то же, что и в формуле (1);

, - средняя температура наружного воздуха, , и продолжительность, сут., отопительного периода, принимаемые по 7 для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более 10 - при проектировании лечебно - профилактических, детских учреждений и домов - интернатов для престарелых, и не более 8 - в остальных случаях.

Путем линейной интерпретации определяем нормируемое значение .

Сопротивление теплопередачи элементов ограждающих конструкций принимаем не менее нормируемого значения , т.е. .

Определяем термическое сопротивления теплоизоляционного слоя.

Сопротивление теплопередачи, многослойной ограждающей конструкции с однородными слоями следует определять по формуле

,(3)

где - коэффициент теплопередачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, , принимаемый по таблице 7 [8];

, коэффициент теплопередачи наружной поверхности ограждающих конструкций для условий холодного периода, , принимаемый по таблице 8 [9];

- термическое сопротивление ограждающих конструкций, , с последовательно расположенными однородными слоями следует определять как сумму термических сопротивлений отдельных слоев

,(4)

где - термическое сопротивление отдельных слоев ограждающих конструкций, , определяемые по формуле (6) [9]:

,(5)

где - толщина слоя, м;

- расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, , принимаемый согласно 5,3 [9];

- термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки, принимаемой по таблице 7 [9].

,

откуда толщина теплоизоляционного слоя

Принимаем толщину теплоизоляционного слоя равной 0,270 м и пересчитываем сопротивление теплопередачи элементов ограждающих конструкций..

Фактическое значение коэффициента теплопередачи ограждающих конструкций k, , определяем по формуле:

,(6)

2. Теплотехнический расчет конструкций чердачного перекрытия

Для упрощения расчета круглых отверстий заменяем равновеликими по площади квадратами, определяем размеры a,b,c,s, указываем направления теплового потока Q, а также характерные сечения.

Круглые отверстия - пустоты диаметром 90 мм заменяем равновеликим по площади квадратами со стороной, равной

.(7)

Расстояние между пустотами

Толщина глухой части панели:

, (8)

Определение приведенного термического сопротивления , , неоднородной ограждающей конструкции.

Термическое сопротивление ограждающей конструкции , , определяется по формуле:

, (9)

где , - площади отдельных участков конструкции, ; ; ; l - длина участка железобетонной плиты, l =1м; a, c - размеры согласно рисунку; n - количество пустот; m - количество железобетонных участков между пустотами;

- термическое сопротивление неоднородного участка по сечению I-I

, (10)

где - термическое сопротивление воздушной прослойки, ,

.

Для сечения II-II термическое сопротивление , , определяется по формуле:

,(11)

Термическое сопротивление для сечений, перпендикулярных тепловому потоку , , определяется по формуле:

,(12)

где , - термическое сопротивление однородных участков конструкции.

,(13)

- термическое сопротивление неоднородного участка для сечения IV-IV определяется по формуле:

, (14)

Приведенное термическое сопротивление пустотной железобетонной плиты определяется по формуле:

,(15)

,

Теплотехнический расчет чердачного перекрытия производиться аналогично теплотехническому расчету стены.

Требуемое сопротивление теплопередаче , , из санитарно - гигиенических и комфортных условиях определяем по формуле:

, (16)

где - коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху и приведенный в таблице 6 [8];

- нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренне поверхности ограждающей конструкции, , принимаемый по таблице 5 [8];

- коэффициент теплопередачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, ., принимаемый по таблице 7 [8];

- расчетная температура внутреннего воздуха здания, , принимаемая по [11];

- расчетная температура наружного воздуха в холодный период года, , для всех зданий, кроме производственных зданий, предназначенных для сезонной эксплуатации, принимаемая равной средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по [7]. СНиП Строительная климатология

Требуемое сопротивление теплопередачи , , по условиям энергосбережения по величине градусо - суток отопительного периода определяется по формуле:

Путем линейной интерпретации определяем нормируемое значение .

Сопротивление теплопередачи принимаем не менее нормируемого значения , т.е. .

Определяем термическое сопротивление теплоизоляционного слоя

Сопротивление теплопередачи , , Определяется по формуле:

,

где - коэффициент теплопередачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, , принимаемый по таблице 7 [8];

, коэффициент теплопередачи наружной поверхности ограждающих конструкций для условий холодного периода, , принимаемый по таблице 8 [9];

- термическое сопротивление ограждающих конструкций, , с последовательно расположенными однородными слоями следует определять как сумму термических сопротивлений отдельных слоев

,

,

откуда толщина теплоизоляционного слоя

Принимаем толщину теплоизоляционного слоя равной 0,280 м и пересчитываем сопротивление теплопередачи элементов ограждающих конструкций.

Фактическое значение коэффициента теплопередачи ограждающих конструкций k, , определяем по формуле:

,

3. Теплотехнический расчет конструкций пола первого этажа

Порядок теплотехнического расчета пола первого этажа аналогичен теплотехническому расчету чердачного перекрытия.

Определение приведенного термического сопротивления , , неоднородной ограждающей конструкции.

Термическое сопротивление ограждающих конструкций , , неоднородной ограждающей конструкции (имеющей сложную аналитическую форму), определяется по формуле:

где , - площади отдельных участков конструкции, ;

;

;

l - длина участка железобетонной плиты l - 1 м;

a, c - размеры согласно рисунку;

n - Количество пустот;

m - Количество железобетонных участков между пустотами;

- термическое сопротивление неоднородного участка по сечению I-I

, (10)

где - термическое сопротивление воздушной прослойки, ,

.

Для сечения II-II термическое сопротивление , , определяется по формуле:

Термическое сопротивление для сечений, перпендикулярных тепловому потоку , , определяется по формуле:

,

- термическое сопротивление неоднородного участка для сечения IV-IV определяется по формуле:

,

,

Приведенное термическое сопротивление пустотной железобетонной плиты определяется по формуле:

,(15)

,

Требуемое сопротивление теплопередачи , , по условиям энергосбережения по величине градусо - суток отопительного периода определяется по формуле:

Путем линейной интерпретации определяем нормируемое значение .

Сопротивление теплопередачи принимаем не менее нормируемого значения , т.е. .

Сопротивление теплопередачи перекрытия над неотапливаемым подвалом определяется по формуле:

где - коэффициент теплопередачи наружной поверхности ограждающих конструкций по таблице 8 [9],

- термическое сопротивление ограждающих конструкций, , с последовательно расположенными однородными слоями, которое следует определять по формуле:

где - термическое сопротивление отдельных слоёв ограждающих конструкций, определяемое по формуле:

где - толщина слоя, м;

- расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, , принимаемый согласно 5,3 [9];

Тогда толщину утеплителя можно определить по формуле:

Принимаем толщину теплоизоляционного слоя равной 0,270 м и пересчитываем сопротивление теплопередачи элементов ограждающих конструкций..

Фактическое значение коэффициента теплопередачи ограждающих конструкций k, , определяем по формуле:

,

Определение показателей теплоусвоения поверхности пола , и установлению соответствия полученного значения с нормативной величиной по таблице 13 [8];

а) если покрытие пола (первый слой конструкции пола) имеет тепловую инерцию , то показатель теплоусвоения поверхности пола следует определять по формуле

б) если первые покрытия слоёв конструкции пола имеют суммарную тепловую инерцию , но тепловая инерция слоёв , то показатель теплоусвоения поверхности пола следует определять последовательно расчетом показателей теплоусвоения слоёв конструкции, начиная с n - го до 1 - го:

для n - го слоя - по формуле:

;

для i - го слоя (i=n-1; n-2;….; 1) - по формуле:

.

Показатель теплоусвоения поверхности пола принимается равным показателем теплоусвоения по поверхности 1 - го слоя .

- тепловая инерция соответственно 1- го, 2 - го,…., (n+1) - конструкции пола, определяемая согласно 11.1.9 [9];

- термическое сопротивление, , соответственно i - го и n - го слоев конструкции пола, определяемые по формуле (6) [9];

- расчетные коэффициенты теплоусвоения материала соответственно 1 - го, n - го (n+1) - го слоев конструкции пола, , принимаемые по приложению Д [9];

- показатель теплоусвоения поверхности (i+1) - го слоя конструкции пола, .

,

,

,

Следовательно, эта конструкция пола в отношении теплоусвоения не удовлетворяет нормативным требованиям, т.к. значение показателя теплоусвоения по поверхности пола по проекту превышает нормативный показатель теплоусвоения пола для жилых зданий. В таком случае следует взять другую конструкцию пола или изменить толщины некоторых его слоёв до удовлетворения требованиям .

4. Выбираем конструкцию заполнения светового проема с сопротивлением теплопередачи ,, не менее требуемого значения

Определяем требуемое сопротивление теплопередачи световых проёмов и входных наружных дверей в зависимости от назначения здания по таблице 4[8];

Принимаем по позиции 12 приложения Л [9] - Двухкамерный стеклопакет в одинарном переплете из стекла с твердым селективным покрытием и заполненным аргоном.

Коэффициент теплопередачи через световые проёмы и входные наружные двери определяется по формуле:

Определение из условия, что требуемое сопротивление теплопередаче дверей и дверей (без тамбура) квартир первых этажей и ворота, а также дверей квартир с не отапливаемыми лестничными клетками должно быть не менее стен здания.

Принимаем двойные двери с тамбуром. Коэффициент теплопередачи таких дверей,

5. Определение приведенного сопротивления теплопередаче

Определение элементов, формирующих двумерные и трехмерные температурные поля для наружной стены одного из помещений здания:

· наружный угол

· стык с перегородкой

· стык с перекрытием

· оконные откосы.

·

 - длина сопряжений наружной стены с наружным углом;

- с внутренней перегородкой

- с горизонтальными перекрытиями

- с окном (по периметру окна).

5.1. Определение приведенного сопротивления теплопередаче,, по наружному обмеру.

определяется по формуле:

где - сопротивление теплопередачи ограждающих конструкций наружной стены, .

- площадь поверхности ограждения по наружному и внутреннему обмеру ( за вычетом площади окна),

- фактор формы характерного элемента стены, определяемый по [1, с. 170, тавл. III; с. 169, рис III, 29, с. 153, рис. III. 13];

- протяженность участков конструкции наружной стены, сопряженных с наружным углом, стыками, оконными откосами, м;

- ширина участка поверхности наружной стены с двумерным температурным полем, равная двум калибрам (толщинам) наружной стены, м;

где - коэффициент теплопроводности теплоизоляционного слоя конструкции наружной стены, .

Ширина в два калибра для оконных откосов равна:

где - сопротивление теплопередаче части ограждения до изотермы равно:

где - расстояние от внутренней поверхности до оси расположения заполнения проёма, м, определяемая в соответствие с рисунком ниже;

- общая толщина ограждающей конструкции наружной стены, м, определяемая в соответствии с таблицей 2;

- расчетный коэффициент теплопроводности утеплителя, .

Для оконных откосов .

Результаты расчета приведенного сопротивления теплопередаче сложного ограждения

Определение величины теплового потока, , через поверхности наружной стены по глади стены.

Тепловой поток через поверхности наружной стены определяется по формуле:

,(19)

где - средняя температура наиболее холодной пятидневки, , обеспеченностью 0,92.

Определяем величины теплового потока, , через поверхности наружной стены сложной конструкции с учетом наличия конструктивных элементов.

,(20)

При , а конструктивные элементы повышают теплопотери теплозащитные свойства ограждения снижаются.

6. Расчет воздухопроницания ограждающих конструкций

Цель расчета является определение соответствия нормам воздупроницания, определяемым согласно разделу 8 [8]. Расчет выполняем для конструкций наружной стены.

Определение разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций по формуле 68 [9]

где Н - высота здания (от уровня пола первого этажа до верха вытяжной шахты), м;

- удельный вес соответственно наружного и внутреннего воздуха, определяемая по формулам 69 и 70 [9]

- расчетная температура наружного воздуха, , принимаемая согласно 5.1 [9];

- расчетная температура внутреннего воздуха, , принимаема я согласно 5.2 [9];

- максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь, повторяемость которых составляет 16 и более (установленная при стандартной высоте 10 м), принимаемая по таблице 1* [7].

Определение действительного сопротивления воздухопроницанию ограждающей конструкции , , которое должно быть не менее нормируемого сопротивления воздухопроницанию ,, следует определять по формуле:

,

где ,, - сопротивления воздухопроницанию ограждающих конструкций, , принимаемые по таблице 17 [9]

Определяем нормируемое сопротивление воздухопроницанию ограждающих конструкций ,, по формуле (12) [9]:

где - тоже, что и в формуле (21);

- нормируемая вздухопроницаемость ограждающих конструкций, , принимаемая по таблице 11 [8].

Действительная воздухопроницаемость конструкции определяется по формуле

, , следовательно, конструкция наружной стены удовлетворяет требованиям раздела 8 [8].

Определение температуры на внутренней поверхности наружной стены при инфильтрации по формуле:

где

- удельная теплоемкость воздуха, равная 1005 ;

- сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций при отсутствие инфильтрации воздуха,

- термическое сопротивление ограждающей конструкции от наружной поверхности до рассматриваемой плоскости при отсутствии инфильтрации воздуха,

Определение температуры по внутренней поверхности ограждающей конструкции при отсутствие инфильтрации по формуле:

,

Определение величины теплового потока при отсутствии инфильтрации ,, по формуле:

,

Определение величины теплового потока при инфильтрации ,, по формуле:

,

Определение коэффициента порового охлаждения ограждающей конструкции по формуле:

,

.

При происходит явление рекуперации (частичный возврат).

7. Расчет паропроницания ограждающих конструкций

Определение возможности конденсации влаги на глади наружной стены и на внутренней поверхности наружного угла.

Установить значение нормируемой относительной влажности воздуха в помещении в соответствии с таблицей 1 [8]

Зная нормируемую относительную влажность воздуха в данном помещении, а также температуру воздуха в нем, определяем температуру точки росы по приложению Р [9]:

Определение температуры на внутренней поверхности наружного угла из выражения:

Так как , то конденсации влаги на глади наружной стены и на внутренней поверхности наружного угла не будет, следовательно, конструкция стены удовлетворяет требованиям норм.

Конденсация температуры в характерных сечениях конструкции наружной стены , (на внутренней поверхности между конструктивными слоями) по формуле:

,

где - сумма термических сопротивлений (n-1) конструктивных слоёв, .

По найденным значениям температур в характерных сечениях ,, определяем соответствующие значения максимальной упругости водяного пара , Па по приложению С [9]:

, , , ,

Определяем изменение действительной упругости водяного пара , в характерных точках сечениях ограждения по формуле:

где , - действительная упругость водяного пара внутреннего и наружного воздуха, определяемые по формуле:

,(37)

по соответствующим значениям

, и ,

где , - максимальные упругости водяного пара внутреннего и наружного воздуха определяемые по приложению С [9],

- сопротивление паропроницанию ограждения, ,

,(38)

- сопротивление влагообмену внутренней поверхности,

,(39)

- сопротивление влагообмену наружной поверхности, ,

, (40)

где - толщина конструктивного слоя, м,

- расчетный коэффициент паропроницаемости материала слоя ограждающей конструкции, .

- сумма сопротивлений паропронианию (n-1) слоёв ограждения, считая от его внутренней поверхности до рассматриваемого сечения, .

По найденным значениям строим график изменения действительной упругости ,в характерных сечениях.

Определение годового баланса влаги на наружной стене

Определение требуемого сопротивления паропроницанию из условий недопустимости накопление влаги, , по формуле:

,

где - средняя упругость водяного пара наружного воздуха, Па, за годовой период, определяемый по таблице 5а [7];

Е - упругость водяного пара, Па, в плоскости возможной конденсации за годовой период эксплуатации, определяемая по формуле:

,

где ,, - продолжительность соответственного зимнего, весеннего и летнего периодов, месс, определяемая согласно таблице 3[7] с учетом следующих условий:

a) К зимнему периоду относятся месяцы со средним температурами наружного воздуха ниже минус 5;

b) К весеннее - осеннему периоду относятся месяцы со средними температурами наружного воздуха от минус 5 до плюс 5;

c) К летнему периоду относятся месяцы со средними температурами воздуха выше плюс 5;

,, - парциональное давление водяного пара, Па, принимаемое по температуре в плоскости возможной конденсации устанавливаемой при средней температуре наружного воздуха соответственно зимнего, весеннее - осеннего и летнего периодов.

Значение температур в плоскости возможной конденсации определяют следующим образом:

где , , - средняя температура наружного воздуха соответственного зимнего, весне - осеннего и летнего периодов, ;

- сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, ;

- сумма термических сопротивлений слоёв, конструкции, расположенных между её внутренней поверхностью и плоскостью возможной конденсации, ;

- сопротивление паропроницанию, , части ограждающей конструкции, расположенной между наружной поверхностью ограждающей конструкции и плоскостью возможной конденсации.

,,

Определение сопротивления паропроницанию, , , ограждающей конструкции (в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации).

, следовательно, ограждающая конструкция удовлетворяет требованиям главы 9 [8] в отношении сопротивления паропронианию, как видно из графика, кривые пересекаются - образование конденсата в ограждение возможно. Необходимо добавить пароизоляционный слой.

8. Теплотехнический расчет внутренних конструкций

a) Определение сопротивления тоеплопередачи кирпичных перегородок:

Определяем коэффициент теплопередаче кирпичных перегородок:

b) Теплотехнический расчет теплопередаче межэтажного перекрытия.

,

(внутренние конструкции)

Определяем коэффициент теплопередаче межэтажного перекрытия:

c) Определение показателя теплоусвоения поверхности пола межэтажного перекрытия ,.

Определение тепловой инерции слоев межэтажного перекрытия производим, начиная с нижнего слоя:

принимаем что в середине ограждения S=0, тогда

,,

d) Определение показателя теплоусвоения оконных проёмов.

Список литературы

1. Богословский В. Н. Строительная теплофизика. -- М.: Стройиздат, 1982.

2. Богословский В. Н., Сканави А. Н. Отопление. -- М.: Стройиздат, 1991.

3. Фокин К. Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей здания. - М.: Стройиздат, 1973.

4. Справочник проектировщика. Внутренние санитарно-технические устройства. Часть I / Под ред. И. Г. Староверова. -- М.: Стройиздат, 1990.

5. Справочник по теплоснабжению и вентиляции. Отопление / Под ред. Р. В. Щекина. -Киев: Будивельник, 1976.

6. Руководство по теплотехническому расчету и проектированию ограждающих конструкций зданий. - М.: Стройиздат, 1985.

7. СНиП 23-01-99 Строительная климатология.

8. СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий.

9. СП 23-101-2004 Проектирование тепловой защиты зданий.

10. СНиП 2.08.01-89* Жилые здания.

11. ГОСТ 30494-96 Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях.

12. СанПиН 2.1.2.1002-00 Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям.