- •Методические указания
- •70 02 01 Для всех форм обучения
- •И.А. Черников, ассистент
- •© Учреждение образования «Брестский государственный технический университет» 2004 оглавление
- •1. Задание к курсовому проекту.
- •2. Состав курсового проекта.
- •3. Методические указания к выполнению курсового проекта
- •3.1. Общая часть.
- •3.2 Теплотехнический расчет наружных ограждающих
- •3.3 Проверка внутренней поверхности наружной стены на конденсацию влаги.
- •3.4. Проверка ограждающих конструкций
- •3.5. Расчет потерь теплоты отдельными помещениями
- •3.7. Конструирование и аэродинамический расчет естественной вытяжной канальной вентиляции.
- •Литература
- •Учебное издание
3.2 Теплотехнический расчет наружных ограждающих
конструкций.
Теплотехнический расчет ограждений выполняют в соответствии с требованиями СНБ 2.04.01.-97. Цель расчета - определение оптимальной в теплотехническом отношении и экономически целесообразной толщины утеплителя бУТ (м) в наружной ограждающей конструкции и определение общего сопротивления теплопередаче RO (м2·ОС/Вт) для этой же конструкции с учетом толщины утеплителя (бУТ, м).
Сопротивление теплопередаче наружных ограждений RO (м2·0С/Вт) за исключением заполнений проемов и ограждений помещений с избытками явной теплоты следует принимать равным экономически целесообразному RЭК, определяемому по формуле (2), но не менее требуемого сопротивления теплопередаче RОТР, определяемого по формуле (1), и не менее нормативного сопротивления теплопередаче RНОРМ, приведенного в [1 ,табл.5.1.].
ПОРЯДОК РАСЧЕТА.
3.2.1. Определяют требуемое сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции по выражению:
, (м2оС)/Вт (1)
где n - коэффициент, зависящий от положения наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху, принимаемый по [1,табл.5.3];
- коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/ м2 ОС , [1, табл. 5.4];
tВ - расчетная температура внутреннего воздуха, ОС [1 , табл. 4.1];
tН - расчетная температура наружного воздуха, принимаемая в зависимости от тепловой инерции Д ограждающей конструкции, согласно [1,табл.5.2.,4.3].
Обычно при подсчете RОТР значение тепловой инерции Д заранее неизвестно, поэтому для определения tН следует ориентировочно принять величину Д с последующей проверкой в конце расчета.
Если Д 1,5 , тоtН=tХ.С. обеспеченностью 0, 98;
1,5 < Д 4 , то tН=tХ.С. обеспеченностью 0,92;
4 < Д 7 , тоtН=обеспеченностью 0,92;
Д > 7 , то tн= t5 обеспеченностью 0,92, округляя до целого градуса;
tН, ОС -расчетный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, [1, табл.5.5].
Сопротивление теплопередаче RО наружных дверей (кроме балконных), ворот принимают не менее 0,6 RОТР стены, определяемого по формуле (1) при tН = t5 обеспеченностью 0,92.
3.2.2. Определяют экономически целесообразное сопротивление теплопередаче Rэк, (м2·ОС/ Вт) на основе выбора толщины утеплителя по формуле:
, (2);
где tВ - то же, что и в формуле (1);
СЭ - стоимость тепловой энергии, руб/Гдж, принимаемая по действующим ценам (в курсовом проекте принять СЭ= 3,35 руб/Гдж по ценам 1991 года );
ZОТ - продолжительность отопительного периода, сут., принимаемая по [1,табл. 4.4];
tН.ОТ. - средняя за отопительный период температура наружного воздуха ОС , принимаемая по [1, табл. 4.4];
СУТ - стоимость материала однослойной или теплоизоляционного материала многослойной ограждающей конструкции, руб/м3, принимаемая по действующим ценам (в курсовом проекте взять стоимость на период цен 1991 года);
УТ- коэффициент теплопроводности материала однослойной или теплоизоляционного слоя многослойной конструкции ограждения в условиях эксплуатации А или Б согласно [1, табл.4.2], (м2·ОС/ Вт), принимаемый по [1,табл.А1].
При наличии в теплоизоляционном слое ограждения сквозных включений из материалов с другим, чем у материала этого слоя коэффициентом теплопроводности для определения экономически целесообразного сопротивления теплопередаче принимают приведенный коэффициент ПР :
, ( 3 ),
где 1 и F1 - коэффициент теплопроводности и площадь участка, занимаемая теплоизоляционным материалом;
2 и F2 - коэффициент теплопроводности и площадь участка, занимаемая материалом включения.
3.2.3. Определение сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции.
Сопротивление теплопередаче RО, (м2·ОС/Вт) ограждающей конструкции определяют в соответствии с [1, п. 5.9] по формуле:
, (4);
где В,Н - коэффициенты теплоотдачи соответственно внутренней и наружной поверхностей ограждающей конструкции, Вт/(м2·ОС), [1,табл.5.4и5.7];
RК- термическое сопротивление ограждающей конструкции (м2·оС/Вт), определяемое для однослойной однородной конструкции по формуле:
, (5),
где и - толщина и коэффициент теплопроводности слоя, соответственно.
Для многослойной конструкции ограждения с последовательно расположенными однородными слоями, включая слой теплоизоляционного материала и замкнутые воздушные, если они имеются, прослойки, термическое сопротивление определяют по выражению:
, ( 6 );
где- сумма термических сопротивлений однородных слоев, определяемых по формуле (5) ;
- сумма термических сопротивлений имеющихся замкнутых воздушных прослоек в ограждении, (м2 ·оС/Вт), [1, табл. Б-1];
RУТ=УТ/УТ - термическое сопротивление теплоизоляционного слоя.
Термическое сопротивление многослойной неоднородной ограждающей конструкции (пустотелые блоки, каменная многослойная стена облегченной кладки с теплоизоляционными вкладышами) определяют в соответствии с [1,п. 5.11] следующим образом:
а) плоскостями, параллельными направлению теплового потока, условно разрезают ограждающую конструкцию на характерные в теплотехническом отношении на участки, состоящие из одного или нескольких слоев. В пределах каждого участка термическое сопротивление ограждающей конструкции должно быть одинаковым.
Термическое сопротивление конструкции определяют по выражению:
(м2·оС)/Вт, ( 7 ) ;
где Fi - площади отдельных участков по поверхности ограждения; м2;
Ri - термическое сопротивление в пределах каждого из этих участков, вычисляемое для однослойных участков по формуле (5), для многослойных - по формуле (6), (м2·оС)/Вт;
б) плоскостями, перпендикулярными направлению теплового потока, конструкция условно разрезается на слои, из которых одни могут быть однородными - из одного материала, а другие - неоднородными - из однослойных участков разных материалов. Термическое сопротивление однородных слоев определяют по формуле (5), неоднородных - по формуле (7).
Термическое сопротивление конструкции в направлении, перпендикулярном тепловому потоку Rб, получают как сумму термических сопротивлений однородных и неоднородных слоев. После получения величин Ra и Rб находят среднее термическое сопротивление неоднородного ограждения по формуле:
(м2·оС)/Вт , (8).
3.2.4. Определяют толщину материала однослойной или теплоизоляционного слоя многослойной конструкции, используя [1, п. 5.1], согласно которому RОRЭК и RО RНОРМ. К расчету принимают большее.
Искомая толщина, м
, (9).
Найденную толщину слоя ограждения округляют до ближайшей толщины, кратной размеру стандартного элемента (кирпича, шлакоблока и т.д.), и уточняют его термическое сопротивление по формуле (5).
3.2.5. Проверяют значение принятой тепловой инерции ограждающей конструкции по формуле:
, (10);
где - термическое сопротивление отдельных слоев ограждающей конструкции, ( м2·оС/Вт); формула (5);
- коэффициенты теплоусвоения материалов отдельных слоев ограждающей конструкции, Вт/(м20C), принимаемые по [1, прил. А].
Если полученная величина Д отличается от предварительно принятой, следует по фактической Д найти температуру и снова определитьпо формуле (1), а затем произвести перерасчети толщиныУТ - формула(9).
3.2.6. Корректируют действительное сопротивление теплопередаче Ro (формула 4) при принятой толщине утеплителя.
Сопротивление теплопередаче заполнений световых проемов (окон, балконных дверей и фонарей) определяют по [1, прил. Г]. Сопротивление теплопередаче для подземной части стены, полов, расположенных на грунте или лагах, определяют по условным зонам [2, прил. 9, п.3]. Поверхность пола делят на условные зоны - полосы шириной 2 м, параллельные наружным стенам по всему периметру здания, см. рис.1. Зоны нумеруются, начиная от внутренней поверхности наружной стены. Всего 4 зоны. Полы, расположенные непосредственно на грунте, считаются неутепленными независимо от толщины и числа составляющих их слоев, если коэффициент каждого слоя 1,2 Вт/(м·оС). Сопротивления теплопередаче неутепленных полов равны:
R= 2,1 (м2·оС)/Вт ; R= 4,3 (м2·оС)/Вт;
R = 8,6 (м2·оС)/Вт; R = 14,2 (м2·оС)/Вт.
Полы, расположенные непосредственно на грунте, считаются утепленными, конструкция которых включает хотя бы один слой с <1,2 Вт/(м·оС).
Сопротивление теплопередаче утепленных полов определяют для каждой зоны по формуле:
(м2·оС)/Вт, (11).
Для полов на лагах по кирпичным столбикам:
RЛ= 1,18; RУТ = 1,18( RНП + ), ( 12 ).
а) б)
|
Рис.1. Разбивка поверхности пола (а) и заглубленных частей наружных стен (б) на условные зоны |
ПРИМЕР 1 . Произвести теплотехнический расчет наружной стены жилого дома, расположенного в Витебской области.
Исходные данные: расчетная температура воздуха внутри помещения tВ=18оС, относительная влажность = 5060%, расчетная температура наружного воздуха: (средняя) температура наиболее холодной пятидневки и наиболее холодных суток обеспеченностью 0,92 соответственно равны
t5=- 25 оС и tХ.С. = - 31оС.
Продолжительность отопительного периода ZОТ= 207 сут., [1, табл.4.4], среднесуточная температура наружного воздуха за отопительный период tН.ОТ.= -2оС, [1, табл. 4.4]. Наибольшая средняя скорость ветра за январь w=5,4 м/с, [1, табл. 4.5].
Стоимость пенополиуретана при ρ3 =80 кг/м3 равна 120 руб/м3.
Конструкция стены:
1. Известково-песчаная штукатурка ρ1 = 1600 кг/м3; 1 = 0,02 м;
2. Кирпичная кладка из глиняного кирпича на цементно-песчаном растворе 2 = 1800 кг/м3; 2 = 0,38 м.
3. Пенополиуретан 3 = 80 кг/м3; 3 = ? м;
4. Известково-песчаная штукатурка 4 = 1600 кг/м3; 4 =0,01 м.
РЕШЕНИЕ: Определяем условия эксплуатации наружных ограждений по [1, табл.4.2] - “ Б “;
Теплотехнические характеристики материалов конструкции стены находим по [1, прил. А];
1= 0,81 Вт/(м·оС); S1 = 9,76 Вт/(м2·оС);
2= 0,81 Вт/(м·оС); S2= 10,12 Вт/(м2·оС);
3= 0,05 Вт/(м·оС); S3= 0,7 Вт/(м2·оС);
4= 0,81 Вт/(м·оС); S4= 9,76 Вт/(м2·оС);
1. Определяем требуемое сопротивление теплопередаче по ф. (1):
Принимаем 4≤D<7 , тогда
;
(м2·оС)/Вт;
где tВ = 18оС, n=1, ∆tН= 6оС, αВ= 8,7 Вт/(м2·оС).
2. Определяем экономически целесообразное сопротивление для наружной стены по ф. (2):
RЭК = 0,5·0,88 + (м2·оС)/Вт;
3. Определяем по [1, табл.5.1] для наружной стены величину нормативного сопротивления теплопередаче RНОРМ = 2 (м2·оС)/Вт;
4. Определяем сопротивление теплопередаче наружной стены по ф.(4):
RО= , (м2·оС)/Вт;
Толщину слоя пенополиуретана определяем RО RНОРМ,
3 (2 -)0,05 = 0,067 м;
Принимаем 3 = 0,1 м, тогда R3 = 0,1/0,05=2.
5. Проверяем величину тепловой инерции наружной стены Д по ф.(10):
Д= 0,025·9,76+0,469·10,12+2·0,7+0,012·9,76 = 6,507;
Условие 4<Д≤7 выполняется.
6. Корректируем RО (ф.4) для наружной стены при 3 = 0,1 м:
Ro = 0.115 + 0.025 + 0.469 + 2 + 0.012 + 0.043 = 2.664 м2·оС/Вт.
ПРИМЕР 2. Рассчитать термическое сопротивление многопустотной ж/б плиты с диаметром пустот 100 мм (рис. 2) для жилого здания в Витебской области, если плотность железобетона = 2500 кг/м3.
рис. 2 |
|
РЕШЕНИЕ.
Определяем условия эксплуатации ж/б плиты в Витебской области по [1,табл. 4.2] – Б. Коэффициент теплопроводности ж/б плиты находим по [1,прил. А]; =2.04 Вт/(м·0С).
Определяем среднее термическое сопротивление RCР многопустотной ж/б плиты, так как конструкция плиты является неоднородной в теплотехническом отношении.
Для упрощения круглые отверстия-пустоты плиты диаметром 100 мм заменяем равновеликими по площади квадратными со стороной а, равной:
а. Плоскостями, параллельными направлению теплового потока, условно разрезаем ж/б плиту на два характерных участка и определяем термическое сопротивление ж/б плиты по ф. (7).
где, RІ - термическое сопротивление участка І-І (два слоя железобетона толщиной 30мм и воздушная прослойка толщиной 90мм).
Согласно ф. 6:
(м2·оС)/Вт
где RВ.П.=0.18 – термическое сопротивление замкнутой горизонтальной воздушной прослойки [1,табл. Б1];
RІІ - термическое сопротивление участка - (толщина глухой части ж/б плиты равна 0.15м):
(м2·оС)/Вт
FІ,FІІ – площади характерных участков по поверхности плиты, м2. Для определения FІ и FІІ берем участок ж/б плиты 1м, тогда
FІ= 0.09·1=0.09 м2, FІІ=0.03·1=0.03 м2
Определяем
(м2·оС)/Вт
б. Плоскостями, перпендикулярными направлению теплового потока, условно разрезаем ж/б плиту на три слоя. Термические сопротивления для 1-го и 3-го слоев определяем по ф. 5:
(м2·оС)/Вт
Термическое сопротивление 2-го слоя (воздушные прослойки и железобетонные перемычки), как неоднородного в теплотехническом отношении, определяем по ф. 7, условно разрезая его на 2 участка (см. рис.2).
Для участка - (воздушная прослойка толщиной 0.09м) R1=RВ.П.=0.18(м2·оС)/Вт [1,табл. Б1]
Для участка - (ж/б перемычка толщиной 0.09м)
(м2·оС)/Вт
Определяем по ф. 7:
(м2·оС)/Вт
Сумма термических сопротивлений для всех трех слоев (ф. 6):
(м2·оС)/Вт
Среднее термическое сопротивление плиты определяем по ф. (8):
(м2·оС)/Вт