Расчет тепловой защиты помещения

Федеральное агентство по образованию

Санкт-Петербургский  государственный архитектурно-строительный университет

 

Кафедра физики

 

 

 

 

Контрольная работа:

«Расчет тепловой защиты помещения»

 

 

 

 

 

 

Выполнил студент группы 1-Т-3

Живлюк  С.Г.

Преподаватель:

Цветков В.Н.

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2012

Содержание

 

Выборка исходных данных .................................................................................3

Климат местности ...................................................................................................3

Параметры микроклимата помещения .................................................................4

Теплофизические характеристики материалов ...................................................4

Определение точки  росы .....................................................................................5

Определение нормы  тепловой защиты ............................................................5

Определение нормы тепловой защиты по условию энергосбережения ...........5

Определение норм тепловой защиты по условию санитарии ............................6

Норма тепловой защиты ........................................................................................6

Расчет толщины  утеплителя ..............................................................................7

Проверка теплоустойчивости  ограждения ......................................................8

Проверка внутренней поверхности ограждения на выпадение  росы ......10

Проверка  на выпадение росы в толще ограждения ....................................10

Проверка  влажностного режима ограждения ..............................................15

Проверка  ограждения на воздухопроницание ..............................................18

Заключение ..........................................................................................................19

Список  использованной литературы .............................................................20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выборка исходных данных

 

Климат местности

 

Пункт строительства  – Саратов

 

Средние месячные температуры, относительные влажности воздуха [2, c.2-41], упругости водяных паров воздуха и максимальные амплитуды колебания температуры воздуха (из прил.3 [2, с.68-88]):

 

Величина	Месяц
	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
tн, °С	-11,9	-11,3	-5,2	5,8	15,1	20,0	22,1	20,6	14,4	5,7	-2,4	-8,7
φн, %	85	82	82	66	54	52	54	55	60	72	82	86
eн, %	250	260	370	640	580	1180	1370	1310	930	660	460	350
Atн, °С	9,5	10,8	9,9	10,8	9,9	10,7	10,2	10,6	10,4	9,6	8,7	11,0

 

Продолжительность периодов, сут. [2, с.2-41]:

Влагонакопления                    z_o=149

Отопительного                       z_oт=198

 

Повторяемость П и скорость ветра v (из прил. 3 [2, с.89-138]):

 

Месяц	Характе- ристика	Румбы
		С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ
Январь	П, %	6	2	10	17	21	7	15	21
	v, м/с	3,9	3,0	3,2	4,6	5,6	4,8	6,0	5,2
Июль	П, %	12	11	9	8	8	6	18	28
	v, м/с	3,7	3,3	3,0	3,4	3,8	4,2	4,3	4,5

 

Географическая широта: 51°32´

 

Интенсивность солнечной  радиации, поступающей в июле, Вт/м² (из прил. 5 [2, с.131]):

на фасад западной ориентации:                         максимальная  I_max=780

                                                                               средняя            I_ср=193

на горизонтальную поверхность:                      максимальная  I_max=850

                                                                               средняя           I_ср=328

 

 

 

 

 

Параметры микроклимата помещения

 

 

Промздание, температура  внутреннего воздуха t_в=23°С, относительная влажность внутреннего воздуха φ_в=55%

 

Разрез:

 

 

 

Теплофизические характеристики материалов

 

Исходя из температуры  внутреннего воздуха t_в и относительной влажности внутреннего воздуха φ_в влажностный режим помещения – нормальный (по табл.1 [1])

 

По карте прил.1 [1, c.14] зона влажности, в который расположен населенный пункт – 3

 

По прил.2 [1, c.15] влажностные условия эксплуатации – А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Характеристики  материалов, составляющих ограждающую  конструкцию (из прил.3 [1, с.15…23])

 

№ слоя	Материал	№ позиции по прил.3	Плотность ρ0, кг/м3	коэффициенты
				Тепло- проводности λ, Вт/(м·К)	Тепло- усвоения S, Вт/(м2·К)	Паро- проницания μ, мг/(м·ч·Па)
1,3	Асбоцементные листы	178	1800	0,47	7,55	0,03
2	Минераловатные плиты	134	200	0,076	1,01	0,49

 

 

Определение точки росы

 

По прил.1 «Методических  указаний…» по температуре t_в = 23°С определяем упругость насыщающих воздух водяных паров:

 

E_в=2809 

 

Тогда фактическая  упругость водяных паров:

 

e_в = φ_в· E_в/100 = 55·2809/100 = 1544,95 Па

 

Обратным ходом  по таблице из прил.1«Методических  указаний…» находим точку росы:

t_р = 13,5°С

 

Определение нормы тепловой защиты

 

Определение нормы тепловой защиты по условию энергосбережения

 

Определяем градусо-сутки  отопительного периода:

 

ГСОП = X = (t_в – t_от ) z_от = (23+5)198 = 5544,

 

где t_в – расчетная температура внутреннего воздуха, °С

t_от – средняя температура отопительного периода, °С

z_от – продолжительность отопительного периода, сут

Нормативное значение приведенного сопротивления теплопередаче, м²·К/Вт R_оэ определяем по формуле R_оэ = R + β·X, значения R и β берем из таблицы «Методических указаний…»:

 

R_оэ = R + β·X = 1+0,0002·5544 = 2,11

 

Определение норм тепловой защиты

по условию санитарии

 

По табл. 2 [1, с. 4] определяем нормативный перепад между температурой воздуха в помещении и температурой на внутренней поверхности ограждающей конструкции:

 

Δt^н = t_в – t_р = 23-13,5 = 9,5 °С,

 

где t_в – температура внутреннего воздуха, °С

t_р – точка росы, °С

 

Согласно табл. 2 [1, с. 4] примем Δt^н = 7 °С

 

По табл. 3 [1, с. 4] определяем корректирующий множитель n, учитывающий степень контактности ограждения с наружным воздухом

 

n = 1

 

По табл. 4 [1, с. 4] определяем коэффициент теплоотдачи  внутренней поверхностью ограждающей  конструкции, Вт/(м² ·К)

 

α_в = 8,7

 

Вычисляем нормативное (максимально допустимое) сопротивление  теплопередаче по условию санитарии, м² ·К/Вт:

 

R_оc = (t_в – t_н) · n/ (α_в · Δt^н ) = (23  + 25) · 1/(8,7 · 7) = 48/60,9 = 0,788,

где  t_н – расчетная температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки t_x5, °С

 

Норма тепловой защиты

 

Из вычисленных значений сопротивления теплопередаче выберем R_оэ = 2,11 м² ·К/Вт как наибольшее в качестве  требуемого R_о^тр

 

 

 

 

Расчет  толщины утеплителя

 

По табл. 6 [1, с. 5] определяем коэффициент теплоотдачи наружной поверхностью ограждения внешней среде (наружному воздуху), Вт/(м² ·К):

 

α_н = 23

 

Вычисляем сопротивление  теплообмену, м² ·К/Вт:

 

На внутренней поверхности: R_в = 1/ α_в = 0,115

На внешней поверхности: R_н = 1/ α_н = 0, 043

 

Определяем термическое  сопротивление  слоев конструкции  с известными толщинами, м² ·К/Вт:

R₁ = δ₁/ λ₁ = 0,01/0,47 = 0,021

R₃ = δ₃/ λ₃ = 0,008/0,47 = 0,017

 

Вычисляем минимально допустимое (требуемое) термическое  сопротивление утеплителя, м² ·К/Вт:

 

R_ут^тр = R_о^тр – (R_в + R_н + ΣR_i ) = 2,11 – (0,115 + 0,043 + 0,021 + 0,017) = 1, 914,

где  ΣR_i – суммарное сопротивление слоев с известными толщинами

 

Вычислим толщину  утепляющего слоя, м:

 

δ_ут^тр = λ_ут ·R_ут^тр = 0,076 · 1,914 = 0,145

 

Округляем до унифицированного значения для минераловатных плит

 

δ_ут = 16 см

 

Вычислим термическое  сопротивление утеплителя (после  унификации), м² ·К/Вт:

R_ут = δ_ут/ λ_ут = 0,16/0,076 = 2,1

 

Определяем общее  термическое сопротивление ограждения с учетом унификации), м² ·К/Вт:

 

R_о = R_в + R_н + R_ут + ΣR_i = 0,115 + 0, 043 + 2,1 + 0,021 + 0,017 = 2,296

 

 

 

 

 

Проверка  теплоустойчивости ограждения

 

По прил.7 [1, с.29] определяем коэффициент поглощения солнечной  радиации наружной поверхностью:

ρ = 0,65

 

Из выборки исходных данных берем расчетную скорость ветра v_VII (минимальная из румбов за июль, где повторяемость ветра составляет 16% и более), м/с:

v_VII = 4,3

 

Вычислим коэффициент  теплоотдачи наружной поверхности  стены,

Вт/(м² ·К):

α_нл = 5,8 + 11,6 ·( v_VII)^0,5 = 29,85

 

Определяем амплитуду  колебания условной температуры  наружного 

воздуха, °С:

 

A_τус = A_tн + ρ ·(I_max – I_ср)/ α_нл = 10,2 + 0,65·(780 – 193)/29,85 = 22,98,

 

где A_tн – максимальная амплитуда колебания температуры воздуха в июле, I_max и I_ср - соответственно максимальная и средняя интенсивности солнечной радиации, поступающей в июле на фасад западной ориентации, Вт/м²

 

Вычисляем допустимую амплитуду колебания температуры на внутренней поверхности ограждения, °С:

 

A_τв^Д = 2,5 – 0,1·( t_нVII – 21) = 2,39

 

Определяем тепловую инерцию каждого слоя по формуле:

 

D_i=R_i·S_i,

 

где R_i – термическое сопротивление слоя i, S_i – коэффициент теплоусвоения слоя i. Получаем:

D₁=0,158

D₂=2,121

D₃=0,128

 

 

 

 

 

 

Схема для расчета  коэффициентов Y_i

 

tв = 23 °С αв = 8,7 Вт/(м2 ·К)   направление расчета  →

I D1 = 0,158 S1 = 7,55 Вт/(м2·К) R1 = 0,021 м2 ·К/Вт •Y1

II D2 = 2,121 S2 = 1,01 Вт/(м2·К) R2 = 2,1 м2 ·К/Вт •Y2

III D3 = 0,128 S3 = 7,55 Вт/(м2·К) R3 = 0,017 м2 ·К/Вт •Y3

tн = 22,1 °С αн = 23 Вт/(м2 ·К)   ←возмущение   •Y4 = YН

 

У второго слоя D>1, его можно приравнять к полумассиву, у которого Y=S

 

Y₂ =1,01

 

Для первого  слоя:

 

Y₁ = (D₁· S₁ + α_в)/(1 + R₁· α_в) = 9,89/1,18 = 8,38

 

Для третьего слоя:

 

Y₃ = (D₃· S₃ + Y₂)/(1 + R₃· Y₂) = 1,97/1,02 = 1,93

 

Для наружной поверхности:

Y_Н = Y₃/1 = 1,93

 

Вычислим затухание v в каждом слое:

 

v₁ = 0,95 · e^0,7·D1  ·( S₁ + α_в)/( S₁ + Y₁) = 1,082

v₂ = 0,95 · e^0,7·D2  ·( S₂ + Y₁)/( S₂ + Y₂) = 19,49

v₃ = 0,95 · e^0,7·D3  ·( S₃ + Y₂)/( S₃ + Y₃) = 0,938

v₄ = (α_н + Y_Н)/ α_н = 1,084

и общее:

v = v₁· v₂· v₃· v₄ = 1,082 ·19,49 ·0,938 ·1,084 = 21,44

 

Определяем амплитуду  колебания температуры на внутренней поверхности: