Расчет многослойного наружного ограждения для пятиэтажного жилого дома

Федеральное агентство по образованию

Казахский  Государственный архитектурно-строительный университет

 

 

 

 

 

 

 

 

Кафедра  теплоэнергетики

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

По дисциплине: «Строительная теплофизика»  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент ТГВ

гр.07-41 Белова Т.Н.

Шифр 11-06-156

                                                                                                Проверил:   

Петрова А.А.

 

 

 

 

 

 

 

                                                                

 

Содержание

 

Введение……………………………………………………………………3                

Задание к курсовой работе………………………………………………   4

I. Расчет теплового режима ограждения……………………………………  6

1.1 Расчет толщины  утепляющего слоя……………………………………  6

1.2 Расчет сопротивления воздухопроницанию  ограждающей

 конструкции……………………………………………………………………9

1.3 Расчет стационарного температурного  поля в ограждении……………11

1.4 Расчет теплоустойчивости наружных ограждений в теплый период… 13

II.Расчёт влажностного режима наружных ограждений…………………    16

2.1 Проверка внутренней поверхности  наружных ограждений на

возможность конденсации влаги……………………………………………  16

2.2 Проверка ограждения на паропроницание………………………………18

2.3 Расчёт конденсации влаги  в толще ограждения………………………    23

Список использованной литературы………………………………………    28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                            2

                                                  

 

Введение

Строительная теплофизика занимается изучением  теплопередачи и воздухопроницания  через ограждающие конструкции зданий, а также влажностного режима ограждающих конструкций, связанного с процессами теплопередачи.

  Знание строительной теплофизики  необходимо строителям для рационального проектирования наружных ограждающих конструкций. Особенно большое значение знание строительной теплофизики для современного строительства, в котором широко применяются сборные облегченные конструкции из новых эффективных материалов.

Только ясное представление о процессах, происходящих в ограждениях при теплопередаче, и умение пользоваться соответствующими расчетами дают возможность проектировщику обеспечить требуемые теплотехнические качества наружных ограждающих конструкций.

Курсовая работа по строительной теплофизике включает расчёт теплового и влажностного режимов ограждающих конструкций, поскольку от них в первую очередь зависит тепловой режим в помещении. Цель данной курсовой работы – закрепить и развить знания, полученные при изучении теоретического курса строительной теплофизики.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                          

                                              

                                                             3

                               

 

Задание к курсовой работе

 

Рассчитать многослойное наружное ограждение для пятиэтажного жилого дома

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Район строительства принимается  - г. Йошкар-Ола

Зона влажности – 2 – нормальная [     приложение В]

Для жилых зданий принимается режим нормальный.

 Исходные данные  и теплофизические  характеристики конструкций наружных  ограждений сведены в таблицу 1

 

 

                                                            4

 

 

 

Таблица 1

Город	Номер слоя	Материал слоя	Характеристика материала в сухом состоянии (индекс 0)			Расчетные коэффициенты (при условиях эксплуатации)
			Плот  ность γо, кг/м3	Удель ная тепло емкость  Со кДж/кгоС	Коэффи циент тепло провод ности λо Вт/моС	Тепло провод ности λ Вт/моС	Тепло усвое ния S  Вт/м2 о С	Паропро ницаемо сти  μ    мг/мхчх Па
Йошкар-Ола	1 δ1= 0.015	Известково-песчаный раствор	1600	0,84	0,47	0,81	9,76	0,12
	2 δ2= 0.12	Керамзитобетон на керамзитовом песке и керамзитопенобетон	1400	0,84	0,47	0,65	9,14	0,098
	3	Пенополиуретан      (ТУ  В-56-70, ТУ 67-98-75, ТУ 67-87-75)	80	1,47	0,041	0,05	0,70	0,05
	4 δ4= 0.08	Керамзитобетон на керамзитовом песке и керамзитопенобетон	1400	084	0,47	0,65	9,14	0,098

 

 

 

 

 

 

                                             

                                                          5

1. Расчет теплового режима ограждения

1.1  Расчёт толщины  утепляющего слоя

• Определим  требуемое сопротивление , исходя из санитарно-гигиенических комфортных условий по формуле:

 

            R01тр   =(21+34 )/4·8,7=1,58 м²·˚C/Bт                              (1.1)

 

где  tв – расчетная температура внутреннего воздуха °С, принимается в зависимости от назначения помещения, для средней жилой комнаты и при

tн <-31 °С для г.Йошкар-Ола   - tв =21°С;

tн – расчетная зимняя температура, равная температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0.92 , [ 7,таблица1 ]

 tн = - 34 °С;

n- коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций (ОК) по отношению к наружному воздуху, для наружной стены n = 1;

△tн – нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ОК; для наружной стены –

 △tн =4°С;

αв – коэффициент теплоотдачи внутренней  поверхности  ограждения, Вт/(м2х°С) , [10,по приложению 3  ] αв =8,7 Вт/(м2х°С);

 

Наружная стена:

 

 

 

• Градусо-сутки отопительного периода (ГСОП)  Dd следует определять по формуле:       Dd=(tв-t от.пер.) х Z от.пер,    (1.2)

 

                                                  6

Где t от.пер.- средняя температура отопительного периода, по СНиП «Строитель

 

ная климатология»[7 , таблица 1]. Для г.Йошкар-Ола

  t от.пер.= - 6,1°С;

Z от.пер – продолжительность отопительного периода (сут.) со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8°С, для г.Йошкар-Ола  Z от.пер =220 сут;

Тогда      

   Dd=(21+ 6,1) х 220 = 5962 °Схсут.

• Путем интерполяции по табл.5 [10 ]   определим нормируемые значения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций.   Тогда   для стены наружной  по условиям энергосбережения

 

 R02тр=5962·0,00035+1,4=3,49 м²· °С/Вт .

 

• Сравнивая полученные значения R01тр и R02тр, выбираем наибольшее из них, принимая R0тр=R0. Тогда для стены наружной

 

 R0=3,49 м2·°С/Вт.

 

• С другой стороны, общее термическое сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции определяется по формуле:

                               R0=Rв + Rк + Rн = 1/αв + Rк + 1/αн   (1.3)

Где  αн- коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения, принимаемый по прил.4 [  10   ], для наружных стен αв=23 Вт/(м2х°С);

αв – коэффициент теплоотдачи внутренней  поверхности  ограждения, Вт/(м2х°С) , по приложению 3 [ 10   ] αв =8,7 Вт/(м2·°С);

Rк - теплопроводность ограждающей конструкции, м2·°С/Вт

Для многослойной конструкции Rк определяется по формуле:

                            Rк=∑Ri = ∑δi/λi  , (1.4)

Где  δi – толщина i-слоя ограждающей конструкции, м

λi –коэффициент теплопроводности материала i-го слоя ограждения, Вт/(м ·С°),

принимаются по таблице 1.

 

 

 

                                                             7

 

Тогда   

R1 = = 0,015/0,81 = 0.019,   м2·°С/Вт.

R2 = = 0,12/0,65= 0.185,     м2·°С/Вт.

R4 = = 0,08/0,65 = 0.123,    м2·°С/Вт

 

   Rк =0.019+ 0.185 + 0.123 = 0.327,   м2·°С/Вт.

Тогда  R = 1/8,7+0,327+1/23  =  0,485    м2·°С/Вт.

 

Определим необходимую толщину  утеплителя :

Rут = R =max R -  (1/αв + + 1/αн   )  

 

 R = 3,49 – 0,49 =  3     м2·°С/Вт.

Тогда  

 

δут =  λ · R ут = 0,05 · 3 =  0,15 м

 

Таким образом, толщина утеплителя  должна составить 15 см.

Так как современная промышленность выпускает плиты толщиной до 5 см, то в нашем случае возьмем толщину слоя 0,15 м ( 0,05 х 3 = 0,15)

.

• Уточним общее фактическое сопротивление теплопередаче для всех слоев ограждения R0ф  с учетом выбранной толщины слоя утеплителя        R0ф=1/αв + R + 1/αн ;   (1.7)

R3 = = 3  м2·°С/Вт.

R0ф=0,115+0,019+0,185+3+0,123+0,043=3,49     м2·°С/Вт.

                                                             8

Так как  R0ф = R0тр, т.е  3,49=3,49, делаем вывод, что требование по теплозащите зданий выполняется и выбранная толщина   утеплителя подходит.

Приведенное сопротивление теплопередаче определяется выражением:

      R0пр= R0ф  · r,       м2х°С/Вт     (1.8)

где  r – коэффициент теплотехнической однородности ограждающей конструкции; принимается по табл.6а* [  4 ]  r = 0.9 (для керамзитобетона плотностью 1400 );

 

     R0пр= 3,49 х0,9 = 3,1  м2·°С/Вт.

Определим коэффициент теплопередачи по формуле:

                                K= ,     Вт/(м2·°С)      (1.9)

Тогда   К =1/3,1 = 0,3 Вт/(м2·°С)

 

 

1.2 Расчет сопротивления воздухопроницанию ограждающей

 конструкции

 

    Наружные ограждающие  конструкции в целях экономии  топливно-энергетических ресурсов  должны иметь сопротивление воздухопроницанию Rи (Па х м2 х ч/кг) не менее требуемого сопротивления воздухопроницанию Rи тр, которое определяется по формуле:

                                                  Rи тр =   , (Пахм2хч/кг)   (1.10)

 

Где  Gн – нормативная воздухопроницаемость ограждающих конструкций (кг/(м2хч)), принимаемая по приложению 5 [ 10 ],

для наружной стены Gн =0,5 кг/(м2хч) ;

△Р- разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях огра

 

                                                             9

ждающих конструкций (Па) определяем по формуле:

 

                              (1.11)

Где Н-высота здания (м), высота одного этажа принимается равной 3 м; так как здание пятиэтажное, то H=15 м;

V-максимальная из средних скоростей (м/с) ветра по  румбам за январь, повторяемость которых 16% и более. По [7,приложение 4 ]   для г.Йошкар-Ола  V=6,4 м/с;

γн,γв –удельный вес соответственно наружного и внутреннего воздуха (Н/м3), определяемый по формуле:  

                      γ= , Н/м3   (1.12)

где t –температура воздуха внутреннего, наружного.

 

Тогда  γн= Н/м3 ;   γв=  Н/м3

 

Тогда    Па

 

 

Определим  Rи тр для наружного ограждения:

Rи тр = Па · м2 · ч/кг

Значение  Rи определим по формуле: Rи= ∑ Rиi , где Rиi – сопротивление воздухопроницанию отдельного i-го слоя ограждающей конструкции, принимаемое по прил.6 методических указаний.[ 10 ]

Тогда  для  нашей конструкции стены:

 Rи1(известково-песчаный раствор) = 373 Пахм2хч/кг;

 

                                                            10

 Rи 2(керамзитобетон) =  590  Пахм2хч/кг;

 Rи 3(пенополиуретан) = 79 Пахм2хч/кг;

 Rи 4(керамзитобетон) = 590 Пахм2хч/кг.

Rи= ∑ Rиi = 373+ 590 + 79+ 590= 1362  Па х м2 х ч/кг.

Rи тр  < Rи , т.е. 80,34 < 1362, то ограждающая конструкция удовлетворяет требованиям воздухопроницаемости.

 

 

 

 

 

 

 

 

  1.3 Расчёт стационарного температурного поля в ограждении

   При проектировании и  выборе конструкций ограждения  необходимо знать распределение  температуры в его толще и  на поверхности. Это дает  возможность определить условия конденсации влаги в толще конструкции, правильно назначить место расположения пароизоляционных слоёв.

При стационарном режиме теплопередачи через ограждения температура в любой плоскости  х определяется по формуле:

 

Где Rв-х – сопротивление теплопередаче от внутренней среды до сечения х.

 

 

 

 

 

 

                                                           11

Для построения графика одномерного стационарного поля в ограждении достаточно определить t на поверхностях ограждения и в плоскостях соприкосновения слоёв из разного материала.

Рассчитаем t на поверхностях ограждения:

 ºС;

 ºС;

 ºС;

 ºС;

 ºС

 

По полученным значениям построим график распределения температур по толщине конструкции.

 

  1.4. Расчёт теплоустойчивости наружных ограждений в теплый

 период

 

        Проверка наружных ограждений на теплоустойчивость осуществляется в

районах со среднемесячной температурой воздуха в июле  21°С и выше. Для города Йошкар-Ола  среднемесячная температура воздуха в июле равна 24°С.