Расчет тепловой защиты помещения

 

A_τв = A_τус/v = 22,98/21,44 = 1,072

 

Таким образом, A_τв< A_τв^Д и теплоустойчивость нашей конструкции достаточна.

 

 

 

 

Вычислим отставание затухания температурных колебаний, передаваемых на внутреннюю поверхность  по отношению к внешним колебаниям, ч:

 

ΔZ = 2,7·D – 0,067·(arctg(α_в/(α_в + Y_в·2^0.5)) - arctg(Y_н /( Y_н + α_н ·2^0.5))) = 2,7·(0,158 + 0,128 + 2,121) – 0,067·(arctg(1,93/(1,93 + 8,38,2^0.5)) - arctg(8,7/(8,7 + 23·2^0.5))) = 6,763,

 

где Y_в = Y₁ = 8,38, D = ΣD_i – тепловая инерция ограждающей конструкции (сумма инерций всех слоев)

 

Проверка внутренней поверхности ограждения на выпадение росы

 

Вычислим температуру  на внутренней поверхности ограждения, °С:

 

τ_в = t_в – (t_в – t_н) ·R_в/ R_о = 23 – (23 + 25) ·0,115/2,296 = 20,6

(здесь t_н = t_x5 = -25 °С – средняя температура наиболее холодной пятидневки)

 

Таким образом τ_в> t_р, выпадение росы на ограждающей поверхности невозможно.

 

Определим термическое  сопротивление конструкции, м² ·К/Вт:

 

R = ΣR_i = 0,021 + 2,1 + 0,017 = 2,138

 

Вычислим температуру  в углу стыковки наружных стен, °С:

 

τ_y = τ_в – (0,175 – 0,039·R)·(t_в – t_н) = 22,95 – (0,175 – 0,083)·48 = 18,534,

 

τ_у> t_р, значит выпадение росы в углу невозможно.

 

Проверка на выпадение росы в  толще ограждения

 

Определим сопротивление  паропроницанию, м²·ч·Па/мг каждого слоя:

 

R_пi = δ_i/μ_i

R_п1 = 0,333

R_п2 = 0,326

R_п3 = 0,267

 

и всей конструкции  в целом:

R_п = ΣR_пi = 0,926

 

Вычислим температуру  на внутренней поверхности ограждения при температуре самого холодного  месяца t_нI, °С:

 

τ_вI = t_вI – (t_вI – t_нI) ·R_в/ R_о = 23 – (23 + 11,9) ·0,115/2,296 = 21,25

 

По прил. 1 «Методических указаний» найдем максимальную упругость насыщенного пара Е_вI^*, отвечающую температуре τ_вI, Па:

 

Е_вI^* = 2533

 

Графическим (с помощью диаграммы R(t)) методом определим изменение температуры по толщине ограждения при средней температуре самого холодного месяца

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для температур, определенных на границах слоев, по прил. 1 и 2 «Методических указаний» найдём максимальные упругости водяных  паров на этих границах:

 

τ_в = 21 °С                 Е_в^* = 2486 Па

τ_1-2 = 20,8 °С            Е_1-2 = 2455 Па

τ_2-3 = -11 °С              Е_2-3 = 237 Па

τ_н = -11,8 °С             Е_н^* = 221 Па

 

По аналогии построим разрез ограждения в осях R_п и Е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По диаграмме  видно, что линии упругости Е  и е пересекаются. Это является признаком выпадения росы, поэтому  необходимо определить границы зоны конденсации и проверить влажностный  режим конструкции.

 

Проверка влажностного режима ограждения

 

Определим средние  температуры, °С:

 

• Зимнего периода t_зим, охватывающего месяцы со средними температурами ниже -5°С:

 

t_зим = (-8,7 - 11,9 – 11,3 – 5,2)/4 = -9,275

 

• Весеннее-осеннего периода t_во, включающего месяцы со средними температурами от -5 до +5°С:

 

t_во = -2,4

 

• Летнего периода t_л, охватывающего месяцы со средними температурами выше +5°С:

 

t_л = (5,8 + 15,1 + 20,0 + 22,1 + 20,6 + 14,4 + 5,7)/7 = 14,81

 

• Периода влагонакопления t_вл, к которому относятся месяцы со средними температурами 0°С и ниже:

 

t_вл = (-2,4 – 8,7 – 11,9 – 11,3 – 5,2)/5 = -7,9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Результаты определения  температур и максимальных упругостей водяных паров в плоскости  конденсации для соответствующих  периодов года:

 

Период и его  индекс	Месяцы	Число месяцев z	Наружная температура периода, °С	Температура и  максимальная упругость в плоскости  конденсации
				t, °С	E, Па
1 - зимний	I, II, III, XII	4	-9,275	-8,4	299
2 – весеннее-осенний	XI	1	-2,4	-1,6	535
3 - летний	IV, V, VI, VII, VIII, IX, X	7	14,81	15	1705
0 - влагонакопления	I, II, III, XI, XII	5	-7,9	-7,2	332

 

 

 

Вычислим среднегодовую  упругость насыщающих водяных паров  в плоскости возможной конденсации, Па:

 

E = (E₁·z₁ + E₂·z₂ + E₃·z₃)/12 = (1196 + 535 + 11935)/12 = 1138,83

 

Определим среднегодовую  упругость водяных паров в наружном воздухе, Па:

e_нг = Σe_нi/12 = 8360/12 = 696,67,

 

где e_нi берем из таблицы 1 выборки исходных данных

 

Вычислим требуемое  сопротивление паропроницанию внутренних слоев конструкции, м²·ч·Па/мг, при котором обеспечивается накопление влаги в увлажняемом слое из года в год:

 

R_пв^тр-1 = R_пн·(e_в – Е)/(E - e_нг) = 0,926·(1544,95 – 1138,83)/(1138,83 – 696,67) = 0,926·406,12/442,16 = 0,85

 

Таким образом, сопротивление паропроницанию нашей ограждающей конструкции превышает требуемое значение. Значит, наша конструкция удовлетворяет требованиям.

 

 

 

Определим среднюю  упругость водяных паров в  наружном воздухе для периода  влагонакопления, Па:

 

e₀ = Σ e_нi0/z₀ = 1690/5 = 338,

 

где e_нi0 – среднемесячные упругости для месяцев, имеющих температуры t_н<0 °С (из таблицы выборки исходных данных), z₀ – число таких месяцев в периоде.

 

Вычислим требуемое  сопротивление паропроницанию внутренних слоев конструкции, м²·ч·Па/мг, ограничивающих приращение влажности (в увлажняемом слое) в допустимых пределах:

 

R_пв^тр-2 = 0,0024·z₀·(e_в - Е₀)/(ρ_w·δ_w·Δw_ср + η) = 442,484/93,64 = 4,725,

 

где Е₀ – упругость водяного пара в плоскости возможной конденсации для периода влагонакопления, Па;

e_в – упругость паров в помещении, Па;

ρ_w – плотность увлажняемого слоя, кг/м³;

δ_w – толщина увлажняемого слоя (утеплителя), м;

Δw_ср – предельно допустимое приращение расчетного массового отношения влаги в материале увлажняемого слоя за период влагонакопления z₀, %, принимаемое по табл.14 [1, с.13];

z₀ = 152 – продолжительность периода влагонакопления, сут.;

η = 0,0024·(Е₀ – e_о)·z₀/R_пн = -2,36

Таким образом, сопротивление нашей ограждающей конструкции оказалось ниже требуемых значений, дефицит ΔR_пв составляет 4,725 – 0,926 = 3,799 м²·ч·Па/мг. Согласно полученному значению дефицита подберем по прил.11 [1, с.27] в качестве устройства пароизоляции слой полиэтиленовой пленки толщиной 0,16мм. Расположим его между II и III слоями нашей ограждающей конструкции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проверка ограждения на воздухопроницание

 

Определим плотность воздуха в помещении ρ_в, кг/м³, при заданной температуре и на улице ρ_н при температуре самой холодной пятидневки, используя формулу:

ρ = (μ·P)/(R·T),

 

где μ = 0,029 кг/моль – молярная масса воздуха

P = 101 кПа – барометрическое давление

R = 8,31 Дж/моль·К

T – температура воздуха, К

 

ρ_в = 1,19 кг/м³

ρ_н = 1,35 кг/м³

 

Вычислим тепловой перепад давления, Па:

 

ΔΡ_т = 0,56·(ρ_н – ρ_в)·g·H = 16,68,

 

где g = 9,8 м/с² – ускорение свободного падения;

H = 19 м – высота здания

 

Определим расчетную  скорость ветра, признав в качестве таковой максимальное значение скорости ветра за январь из тех, повторяемость которых составляет 16% и более:

v = 5,6 м/с

 

Вычислим ветровой перепад давления, Па:

 

ΔΡ_в = 0,3·ρ_н·v² = 12,7

 

Тогда суммарный  перепад ΔΡ, Па, действующий на ограждение составит:

 

ΔΡ = ΔΡ_в + ΔΡ_т = 29,38

 

Найдем по табл.12 [1, с.11] допустимую воздухопроницаемость ограждения G^н, кг/ч·м² :

G^н = 1

 

Определим требуемое  сопротивление инфильтрации, м²·ч·Па/кг:

 

R_и^тр = ΔΡ/ G^н = 29,38

 

Определим по прил.9 [1, с.26] сопротивление воздухопроницанию каждого слоя:

 

Номер слоя	Материал	Толщина, мм	Пункт прил. 9	Сопротивление Rиi, м2·ч·Па/кг
1	Асбоцементный лист	10	12	196
2	Минераловатные  плиты	160	25	2
3	Полиэтиленовая  пленка	8	-	-
4	Асбоцементный лист	0,16	12	196

 

 

Найдем располагаемое  сопротивление воздухопроницанию, м²·ч·Па/кг:

 

R_и = ΣR_иi = 394

 

Таким образом, даже без учета пароизоляционного  слоя из полиэтилена сопротивление  воздухопроницанию существенно превышает требуемое значение.

 

Заключение

 

При условиях, указанных  в выборке исходных данных наша конструкция полностью отвечает нормативным требованиям по влажностному режиму поверхности и толщи, тепловой защите и инфильтрации. Выходные данные для смежных расчетов сооружения:

 

• Общая толщина стены составляет 178,16 мм

 

• Масса одного квадратного метра ограждения σ = 32,4 + 32 = 64,4 кг/м²

 

• Сопротивление телопередаче R_о = 2,296 м² ·К/Вт

 

• Коэффициент теплопередачи К = 1/R_о = 0,435 Вт/ м² ·К

 

• Действующий перепад давления ΔΡ = 29,38 Па

 

В ходе расчета  в конструкцию был введен дополнительный слой пароизоляции в виде полиэтиленовой пленки толщиной 0,16 мм, расположенной под внешним асбоцементным листом, то есть между слоями II и III

Список использованной литературы

 

1. СНиП II-3-79*. Строительная теплотехника/ Минстрой России. М., 1995. 28 с.
2. СНиП 2.01.01-82 Строительная климатология и геофизика. М.: Строй-издат, 1983. 136 с.
3. Фокин К.Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий . М.: Строиздат, 1973. 240 с.
4. Цветков В.И.; Быстров В.А.; Жердев В.И.; Леонтьева Ю.Н. Расчет тепловой защиты помещения. Методические указания к курсовой работе по строительной теплофизике для студентов специальности 290700. Спб. : СПбГАСУ, 2000. 19 с.