Отопление и вентиляция жилого здания

Введение.

Теплотехника – область науки  и техники, занимающаяся вопросами  получения и использования  теплоты. Наука,  изучающая закономерности теплообмена между телами, называется теорией теплопередачи. Техническая  термодинамика и теория теплопередачи  составляет теоретическую часть теплотехнической науки. 

Уровень развития строительного производства в  настоящее время определяется в числе других условий наличием высоко квалифицированных специалистов – профессионалов. Важность теплотехнической подготовки инженера-строителя определяется тем, что система обеспечения заданных климатических условий в помещениях являются составными технологическими элементами современных зданий и  на них приходится значительная часть капитальных вложений и эксплуатационных расходов. Кроме того, знание основ теплотехники, теплогазоснабжения и вентиляции даст возможность будущему инженеру-строителю планировать и проводить мероприятия, направленные на экономию топливно-энергетических ресурсов, охрану окружающей среды, на повышение эффективности работы оборудования. 

В настоящее время в жилищном строительстве для поддержания  условий жизни и работы людей  в соответствии с нормами повседневно  применяются центральные системы  отопления и канализации.

 

1. Общая часть.

А) Строительство будет вестись в гомельской области; средние температуры наружного воздуха: наиболее холодной пятидневки t₅= -24⁰C; холодных суток t_ХС= -28⁰C; среднесуточная температура за отопительный период t_Н.ОТ= -1.6⁰C; продолжительность отопительного периода 194 сут.; условия эксплуатации ограждений Б; наибольшая скорость ветра за январь υ_ср=4.1 м/с.

Б) Главный фасад ориентирован на юг; здание трехэтажное; температура  внутреннего воздуха t_в =+18⁰С; стоимость тепловой энергии С_Э=3,35 руб/ГДж;

Конструкция стены:

1. Известкова-песчаная штукатурка: ρ₁=1800 кг/м³; δ₁=0.02м;       λ₁=0.81 Вт/(м·⁰С); S₁=9.76 Вт/(м²·⁰С).

2. Газо- и пеносиликат: ρ₂=600 кг/м³; δ₂=0.2м; λ₂=0.19 Вт/(м·⁰С); S₂=2.95 Вт/(м²·⁰С)

3. Пенополистирольные плиты: ρ₃=35кг/м³; δ₃=x м; λ₁=0.05 Вт/(м·⁰С); S₃=0.48 Вт/(м²·⁰С); С_ут=104руб/м³.

4. Кирпич лицевой силикатный: ρ₄=1600кг/м³; δ₄=0.13м; λ₁=0.81 Вт/(м·⁰С); S₄=9.79 Вт/(м²·⁰С).

 

Конструкция перекрытия:

1. Фактурный слой из цементно-песчаного  раствора: ρ₁=1800 кг/м³; δ₁=0.005м; λ₁=0.93 Вт/(м·⁰С); S₁=11.09 Вт/(м²·⁰С).

2. Ж/Б плита: ρ₂=2500 кг/м³; δ₂=0.22м; λ₂=2.04 Вт/(м·⁰С); S₂=19.7 Вт/(м²·⁰С)

3. Щебень из рерлита вспученного: ρ₃=200кг/м³; δ₃=x м; λ₃=0.08 Вт/(м·⁰С); S₃=1.04 Вт/(м²·⁰С); С_ут=21.2руб/м³.

 4. Цементно-шлаковый раствор: ρ₄=1400кг/м³;δ₄=0.02м; λ₄=0,64  Вт/(м·⁰С);S₄=8.11 Вт/(м²·⁰С).

Конструкция пола 1-го этажа:

1. Шпунтовые доски: ρ₁=500кг/м³; δ₁=0.029м; λ₁=0.35Вт/(м·⁰С); S₁=6.33 Вт/(м²·⁰С)

2. Лаги из досок: ρ₂=500кг/м³;δ₂=0.04м;

3. Гравий керамзитовый: ρ₁=400кг/м³;δ₁=х м; λ₁=0.14 Вт/(м·⁰С); S₁=1.99 Вт/(м²·⁰С)

4. Ж/Б плита: ρ₄=2500кг/м³;δ₄=0.22м; λ₁=2.04 Вт/(м·⁰С); S₄=19.7 Вт/(м²·⁰С).

 

2. Теплотехнический расчет  наружных ограждающих конструкций  здания.

2.1 Теплотехнический  расчет наружной стены.

1. Определяем требуемое сопротивление  теплопередаче ограждающей конструкции по формуле:                                                           

;(м^2оС)/Вт,

где - коэффициент, зависящий от положения наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху, принимаемый по (1, табл. 5.3); n=1

- коэффициент теплоотдачи внутренней  поверхности ограждающих конструкций,  Вт/ (м² ×⁰С), (1, табл. 5.4); _в=8,7 Вт/(м²·⁰С)

- расчетная температура внутреннего воздуха, ⁰С (1 , табл. 4.1); =18⁰С

, ⁰С - расчетный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха  и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, (1, табл.5.5); _Dt^н =6⁰С

;(м^2оС)/Вт,

Принимаем 4<Д< 7 , то обеспеченностью 0.92; ^оС.

2. Определяем экономически  целесообразное сопротивление теплопередаче  для наружной стены R_эк, (м^{2 0}С/ Вт) на основе выбора толщины утеплителя по формуле :

;

где С_э - стоимость тепловой энергии,  руб/Гдж,  принимаемая по действующим ценам 1991 года;

Z_от - продолжительность отопительного периода, сут., принимаемая по (1, табл. 4.4);

t_н.от - средняя за отопительный период температура наружного воздуха ⁰С , принимаемая по (1, табл. 4.4);

С_ут - стоимость материала однослойной или теплоизоляционного материала многослойной ограждающей конструкции, руб/м³, принимаемая по действующим ценам 1991 года;

_ут - коэффициент теплопроводности материала однослойной или теплоизоляционного слоя многослойного ограждения в условиях Б (м^{2 0}С/ Вт), принимаемый по (1 , табл.А1).

;м^{2 0}С/ Вт;

3. Определяем сопротивление  теплопередаче ограждающей конструкции.

,

где _в , _н - коэффициенты теплоотдачи соответственно внутренней и наружной поверхностей ограждающей конструкции, Вт/м^{2 0}С , ( 1 , табл. 5.4 и 5.7 );

- термическое сопротивление  ограждающей конструкции м^{2 0}С/ Вт, определяемое для однородной однослойной конструкции по формуле :

,              

где   d и l   - толщина и коэффициент теплопроводности слоя соответственно.

 ;(м^2оС/Вт);

R_норм=2 ;м^{2 0}С/ Вт

4. Толщину слоя утеплителя определяем  с учетом того, что  .

;м;

принимаем δ=0.05м, R=0.05/0.05=1

1. Корректируем R₀ для наружной стены при δ=0.05;м.

 ;(м²⁰С/Вт);

;( Вт/ м²⁰С);

 

2.2 Теплотехнический  расчет пола первого этажа.

1. Определяем требуемое сопротивление  теплопередаче ограждающей конструкции  по формуле:                                                           

;(м^2оС)/Вт,

Принимаем Д > 7 , то t_н = t₅ обеспеченностью 0.92; t_н = -26 ^оС.

N=0.75, перекрытия над неотапливаемыми подвалами со световыми проемами.

2. Определяем экономически целесообразное  сопротивление теплопередаче для наружной стены R_эк, (м^{2 0}С/ Вт) на основе выбора толщины утеплителя по формуле :

;м^{2 0}С/ Вт;

3. Определяем сопротивление теплопередаче  ограждающей конструкции.

Для упрощения нахождения термического сопротивления многопустотной ж/б плиты круглые отверстия-пустоты плиты диаметром 159 мм, заменяем равновеликими по площади квадратами со стороной а, равной:

  ;м.

а). Термическое сопротивление плиты  в направлении, параллельном движению теплового потока, вычисляем для двух характерных сечений: для сечения I-I (два слоя ж/б толщиной δ=40мм и воздушная прослойка толщиной 140 мм).

R_I=2· ;м^{2 0}С/ Вт;

(1, табл. Б1).

Для сечения II-II (толщина глухой части плиты δ=0.22 м)

R_II=0.22/2.04=0.108 ;м^{2 0}С/Вт;

На основании формулы 

где F –площадь отдельных участков по поверхностям ограждения, м²

 ;м^{2 0}С/ Вт

   б). Термическое сопротивление  плиты в направлении, перпендикулярном движению теплового потока вычислим для трех характерных сечений.

 Для 1-го и 3-го  слоев ж/б толщиной δ=40мм

R_1.3=0.04/2.04=0.0196 м^{2 0}С/Вт

Конструкция 2-го слоя состоит из воздушной  прослойки толщиной δ=0,14м м^{2 0}С/Вт (1, табл. Б1) и ж/б толщиной δ=0.14м.

 ;м^{2 0}С/Вт

Среднее термическое сопротивление  для 2-го слоя:

 ;м²·⁰С/Вт

Среднее термическое сопротивление  всех трех слоев плиты:

R =0.0196·2+0.131=0.171;м^{2 0}С/Вт

Среднее термическое сопротивление  многопустотной ж/б плиты:

;м^{2 0}С/ Вт

 ;(м^2оС/Вт)

R_норм=2.5 м^{2 0}С/ Вт

4. Толщину слоя утеплителя  определяем с учетом того, что .

м;

принимаем δ=0.3м, R=0.3/0.14=2.143; (м^{2 0}С/Вт)

2. Корректируем R₀ для пола первого этажа при δ=0.3м.

; (м^{2 0}С/Вт)

;( Вт/ м²⁰С);

2.3 Теплотехнический  расчет покрытия.

1. Определим требуемое сопротивление теплопередаче.

Принимаем Д > 7 , то t_н = t₅ обеспеченностью 0.92; t_н = -24 ^оС

R ; (м^{2 0}С)/Вт,

где n – принимаем по (1,табл. 5.3) равным 1

Δt^н – принимаем по (1,табл. 5.5) равным 4⁰С

2. Определяем по (1,табл. 5.1) для перекрытия величину нормативного сопротивления теплопередаче.

  R_норм=3.0 ; м²·⁰С/Вт

3. Определяем экономически целесообразное сопротивление для покрытия:

R_эк=0.5·1.21+ 0.605+3.35=3955; м^{2 0}С/ Вт

3. Определяем сопротивление  теплопередаче ограждающей конструкции.

  м.

а. Термическое сопротивление плиты  в направлении, параллельном движению теплового потока, вычисляем для  двух характерных сечений: для сечения  I-I (два слоя ж/б толщиной δ=40мм и воздушная прослойка толщиной 140 мм).

R_I=2· ; м^{2 0}С/ Вт

(1, табл. Б1).

Для сечения II-II (толщина глухой части плиты δ=0,22 м)

R_II=0.22/2.04=0.108 м^{2 0}С/Вт;

; м^{2 0}С/ Вт

б. Термическое сопротивление плиты  в направлении, перпендикулярном движению теплового потока вычислим для трех характерных сечений.

 Для 1-го и 3-го слоев  ж/б толщиной δ=40мм

R_1,3=0.04/2.04=0.0196 м^{2 0}С/Вт

Конструкция 2-го слоя состоит из воздушной  прослойки толщиной δ=0,14м  м^{2 0}С/Вт (1, табл. Б1) и ж/б толщиной δ=0.14м.

; м^{2 0}С/Вт

Среднее термическое сопротивление  для 2-го слоя:

; м²·⁰С/Вт

Среднее термическое сопротивление  всех трех слоев плиты:

R =0.0196·2+0.119=0.158 ; м^{2 0}С/Вт

Среднее термическое сопротивление  многопустотной ж/б плиты:

; м^{2 0}С/ Вт

; (м^2оС/Вт)

Толщину утеплителя принимаем  с учетом того, что тогда .

м.

Принимаем δ_Х=0.3м, тогда R_x=0.3/0.08=3.75; м^{2 0}С/Вт

Корректируем R₀ для покрытия при δ₃=0.3м

;м²·⁰С/Вт.

       Проверяем величину  тепловой инерции пола первого  этажа Д:

Д=

Условие Д выполняется.

2.4 Проверка  внутренней поверхности наружной  стены на конденсацию влаги.

1. Определение температуры на  внутренней поверхности наружной  стены.

Используем выражение:

, ^оС

  ^оС;

2. Определение парциального  давления водяного пара при  температуре t_В  и нахождение точки росы.

Максимальное парциальное  давление водяного пара при температуре t_В определяют по [1, прил. Ж] – Р_НАС=2064Па.

3. Далее находим парциальное давление пара при нормальной относительной влажности  φ, %  [1, табл. 4.1]  помещения  

Р_П = φ· Р_НАС, Па 

Р_П = 0.55· 2064=1135.2 Па;

Пользуясь [1, прил. Ж] по  Р_П  определяют температуру, называемую точкой росы. Затем сравнивают:  t_В>t_Р  не менее, чем на 2^оС.

t_Р=9 ^оС.

2.5.  Проверка  ограждающих конструкций на воздухопроницаемость.